近年来,高压直流断路器成为制约直流电网发展的主要技术瓶颈,成为国内外学者的重点关注对象。但是,目前高压直流断路器的研究方向主要集中于拓扑的研究,而缺乏工程样机的研制经验以及直流绝缘方面的设计指导,导致直流断路器无法实现其工程运用价值。本文为满足南澳160kV直流断路器研制项目的工程需求,以极具竞争优势的耦合型机械式直流断路器拓扑为研究对象,针对其多组成部件、多电位、多断口串联等特点,开展整机布局与绝缘结构设计,并对设计结果展开三维电场仿真校验。首先,本文运用PSCAD仿真软件对该断路器的拓扑结构和工作原理进行详细分析,结合系统对断路器的整体绝缘要求,设计直流断路器内部各组件的耐压水平,指导元器件选型。结合场地条件,提出直流断路器内各部件的整体布局方案:将高低压侧设备分层,并设计模块化的统一平台。在整体布局方案基础上,本文分析了绝缘结构设计中需要考虑的具体设计对象,包括21种空气间隙和8种直流绝缘子,并运用PSCAD仿真各种工况下9个与地电位不相连的节点的电位变化情况,据此确定了与各设计对象对应的绝缘要求。与此同时,本文研究了沿海、户外环境下的外绝缘设计准则,根据各自的绝缘要求计算各空气间隙的最小安全净距以及各绝缘子的绝缘高度,并以此作为约束各部件间空间位置关系的条件,完成了绝缘结构的具体设计,使其在满足各绝缘距离要求的同时,具有结构紧凑、便于向更高电压等级拓展等特点。针对直流断路器三维模型体积庞大、结构复杂的特点,本文利用ANSYS有限元仿真计算软件,通过适当的模型简化和合理的网格划分控制,实现了对大型三维直流断路器模型的高精度、高效率和低内存耗量的电场数值计算。最后,基于正常运行工况以及典型特殊工况下的电场仿真结果,验证了本文整机布局与绝缘结构设计的合理可行,有效地指导了直流断路器工程样机的研制。