本书从电力电缆以及电力用户的视角，对超导电缆的结构、超导电缆系统的组成、超导电缆工程设计和运行等方面进行了介绍，旨在传递有关超导电缆的设计、安装和运行的基本知识，也反映了当前国内外高温超导电缆的研究和应用水平。 本书可作为从事超导电缆及其附件研究开发、制造以及超导电缆系统设计、敷设安装、运行维护等专业人员的参考用书，也可作为从事超导电力应用研究专业技术人员的参考书。

在电能传输中，电力电缆扮演着非常重要的角色。随着社会发展的不断进步，用电需求不断增加，如何提高电力电缆输电容量、降低输电损耗、提高电力电缆系统可靠性、降低电力电缆全寿命周期碳中和，以及电缆的智能制造、服役状态在线监测等，是电力电缆领域研究发展的方向。自从超导电性被发现以来，由于超导材料的零电阻特性，可以降低电能在传输过程中的损耗，实用化超导材料及超导电缆的研究一直吸引着广大科研工作者的目光。
超导电力技术属于当前高新科学技术的重要研究领域，具有重要的应用价值，也是未来智能电网的重要研究内容之一。在众多的超导电力装置中，由于超导电缆的相对技术成熟度较高、对整个超导产业链的推动力较强、能在城市电网智能电网改造中发挥重要作用等原因，超导电缆及其工程应用一直是超导电力技术研究是重点。
超导电缆作为引领新兴产业革命的颠覆性技术，被美德日韩列为国家战略技术，并实施技术封锁和高性能材料限制出口。可以预见，未来20～30年超导输电技术将逐步走向规模化应用，势必改变传统电力输送格局。

在电能传输中，电力电缆扮演着非常重要的角色。随着社会发展的不断进步，用电需求不断增加，如何提高电力电缆输电容量、降低输电损耗、提高电力电缆系统可靠性、降低电力电缆全寿命周期碳排放，以及电缆的智能制造、服役状态在线监测等，是电力电缆领域研究发展的方向。自从超导电性被发现以来，由于超导材料的零电阻特性有助于降低电能在传输过程中的损耗，因此实用化超导材料及超导电缆的研究一直吸引着广大科研工作者的目光。
　　20世纪60年代，人们制备出可实用化的NbTi和Nb3Sn低温超导线材，超导电缆和超导磁体技术都得到了长足的发展。原机械工业部上海电缆研究所也在20世纪80年代开发出了低温超导电缆样品，与常规电力电缆相比，低温超导电缆虽然能以较低的交流损耗传输更高的电流，但是由于超导材料工作在4.2K的液氦温度，在整体经济性上没有明显的优势，且技术成本、维护成本增加，所以低温超导电缆应用没有取得实质性进展。
　　1986年，临界温度大于20K的高温超导材料被发现，到20世纪90年代后期，高温超导带材进入商业化阶段，极大地推动了超导电力技术的发展，世界上相关国家相继开发出了超导电力电缆、超导故障电流限制器、超导变压器、超导电机、超导储能等超导电力装置样机，开展了多条超导电缆试验和示范工程线路，为超导电力技术的大规模应用奠定了基础。
　　超导电力技术属于当前高新科学技术的重要研究领域，具有重要的应用价值，也是未来智能电网的重要研究内容之一。在众多的超导电力装置中，由于超导电缆的技术成熟度相对较高、对整个超导产业链的推动力较强、能在城市电网智能化改造中发挥重要作用等原因，超导电缆及其工程应用一直是超导电力技术研究的重点。
　　本书从电力电缆以及电力用户的视角，对超导电缆的结构、超导电缆系统的组成、超导电缆工程设计和运行等方面进行了介绍，旨在讲解有关超导电缆的设计、安装和运行的基本知识，也反映了当前国内外高温超导电缆的研究和应用水平。
　　与电力电缆相关的知识涉及许多专业，加上超导电缆还处于大规模商业化进程之中，很难将超导电缆的相关内容一一详尽描述清楚。在本书撰写的过程中，作者参考并引用了国内外一些电力电缆、超导电力技术相关的研究成果和书目，书中所列参考文献或许对希望深入了解的读者有所帮助，在此谨对这些成果的著作权人表示衷心的感谢和诚挚的敬意。感谢上海国际超导科技有限公司的张智勇先生、韩云武先生、张大义先生、王天龙先生、黄逸佳先生、余静薇女士等在本书编写过程中给予的大力支持和帮助。
　　限于作者学识有限、经验不足，书中难免存在疏漏和不妥之处，敬请广大读者批评指正。
　　
　　宗曦华

宗曦华博士自2001年开始从事超导电力技术研发，在应用基础、工程化产业化方面取得了国际领先的成果，是我国超导电力技术领域的学术带头人之一。发明了多项核心的高温超导电缆制备与应用技术，设计并建成我国首条超导电缆生产线，创建了我国首个超导电缆产业中试基地，成果转化组建了上海国际超导科技有限公司，实现了我国超导电缆产业化并跻身国际领先行列，补上了我国实用化超导强电应用技术的短板。作为主要完成人，先后发表高水平论文22篇，获授权发明专利15项。被遴选为国务院特殊津贴专家、上海市劳动模范、上海超导产业领军人才。

前言
第1章 超导电缆概述 1
1.1 超导技术 1
　　1.1.1 超导现象及其基本特征 1
　　1.1.2 超导材料分类 3
　　1.1.3 超导材料及理论的发展概况 5
　　1.1.4 实用化超导材料 7
1.2 电力电缆基础 10
　　1.2.1 电力电缆概述 10
　　1.2.2 电力电缆主要性能参数 11
　　1.2.3 电力电缆敷设方式 13
1.3 超导电缆 15
　　1.3.1 超导电缆发展概述 15
　　1.3.2 超导电缆分类 16
　　1.3.3 超导电缆主要构成 17
　　1.3.4 超导电缆电气参数 19
　　1.3.5 超导电缆的安装 20
1.4 超导电缆运行系统 21
　　1.4.1 电缆系统 21
　　1.4.2 冷却循环系统 21
　　1.4.3 监控系统 22
1.5 超导电缆示范工程 22
参考文献 29
第2章 超导电缆绝缘 33
2.1 电力电缆绝缘的种类 33
　　2.1.1 油浸纸绝缘 34
　　2.1.2 塑料绝缘 36
　　2.1.3 橡皮绝缘 38
　　2.1.4 气体绝缘 39
　　2.1.5 低温介质绝缘 40
2.2 低温介质绝缘特性 40
　　2.2.1 液氮 41
　　2.2.2 木纤维电缆纸 41
　　2.2.3 聚丙烯复合纤维纸 41
　　2.2.4 聚酰亚胺 44
　　2.2.5 聚芳酰胺纤维纸 44
　　2.2.6 聚丙烯薄膜 44
2.3 超导电缆绝缘制造 44
参考文献 49
第3章 超导电缆柔性绝热管 51
3.1 绝热管绝热技术 51
　　3.1.1 冷却介质 51
　　3.1.2 绝热套的热力学基础 53
3.2 低温绝热技术 54
3.3 超导绝热套的结构设计及制造 59
　　3.3.1 波纹管的基本知识 60
　　3.3.2 金属波纹管的结构及类型 61
　　3.3.3 绝热套的制造工艺 62
　　3.3.4 波纹管的性能检验 65
3.4 绝热套真空技术及真空寿命 66
　　3.4.1 绝热套真空技术 66
　　3.4.2 绝热套的真空寿命 68
参考文献 69
第4章 超导电缆附件 71
4.1 超导终端 71
　　4.1.1 超导终端的结构设计 72
　　4.1.2 示范工程中的超导终端 88
4.2 中间接头 95
　　4.2.1 中间接头的结构设计 95
　　4.2.2 示范工程中的中间接头 98
参考文献 100
第5章 超导电缆制冷系统 104
5.1 制冷系统简介 104
　　5.1.1 制冷系统设计原则 106
　　5.1.2 制冷系统类型 108
5.2 制冷机 113
　　5.2.1 G-M制冷机 114
　　5.2.2 斯特林循环制冷机 116
　　5.2.3 脉管制冷机 120
　　5.2.4 布雷顿循环制冷机 122
　　5.2.5 不同制冷机性能对比 126
5.3 液氮泵 129
　　5.3.1 液氮泵选型原则 129
　　5.3.2 液氮泵类型 141
5.4 冷箱与过冷换热器 145
5.5 泵箱 148
5.6 辅助系统 149
　　5.6.1 液氮储槽 149
　　5.6.2 冷却水供应系统 150
　　5.6.3 真空绝热管路 150
　　5.6.4 阀门及测量仪表 151
　　5.6.5 驱动气源 152
参考文献 152
第6章 超导电缆监控系统 154
6.1 监控系统功能定义 154
　　6.1.1 超导电缆监控系统定义的演变 154
　　6.1.2 监控系统基本原理 158
　　6.1.3 监控系统功能框架 158
　　6.1.4 监控系统完备程度 159
6.2 监控系统开发 160
　　6.2.1 实验室超导电缆监控系统开发 160
　　6.2.2 工程用超导电缆监控系统开发 174
6.3 控制程序与软件系统 188
　　6.3.1 软件系统建模与架构 188
　　6.3.2 系统运行模式 190
　　6.3.3 行为管控 191
　　6.3.4 数据共享运行维护系统开发 192
　　6.3.5 远程组网 193
　　6.3.6 人工智能应用 194
参考文献 195
第7章 超导电缆系统设计 200
7.1 电缆结构设计 200
　　7.1.1 衬芯设计 200
　　7.1.2 超导电缆导体与屏蔽设计 202
　　7.1.3 超导电缆绝缘设计 203
　　7.1.4 超导电缆绝热套设计 204
7.2 超导电缆附件设计 205
7.3 低温系统设计 206
7.4 监控系统设计 207
参考文献 208
第8章 超导电缆系统运行维护 210
8.1 运维基本概念 210
8.2 备用系统可靠性分析 212
8.3 超导电缆系统维护策略 214
8.4 超导电缆系统运维管理 219
　　8.4.1 运维制度 219
　　8.4.2 超导电缆本体巡视检查要求及内容 221
　　8.4.3 泵房环境维护 224
　　8.4.4 缺陷管理 225
　　8.4.5 带电检测 225
8.5 超导电缆应急预案 226
　　8.5.1 超导电缆故障演化机理 226
　　8.5.2 超导电缆系统故障应急预案 227
　　8.5.3 制冷系统和真空管道的严重故障处置 229
　　8.5.4 一般故障应急预案验证 230
　　8.5.5 小结 231
参考文献 231