本書從電力電纜以及電力用戶的視角，對超導電纜的結構、超導電纜系統(tǒng)的組成、超導電纜工程設計和運行等方面進行了介紹，旨在傳遞有關超導電纜的設計、安裝和運行的基本知識，也反映了當前國內外高溫超導電纜的研究和應用水平。 本書可作為從事超導電纜及其附件研究開發(fā)、制造以及超導電纜系統(tǒng)設計、敷設安裝、運行維護等專業(yè)人員的參考用書，也可作為從事超導電力應用研究專業(yè)技術人員的參考書。
在電能傳輸中，電力電纜扮演著非常重要的角色。隨著社會發(fā)展的不斷進步，用電需求不斷增加，如何提高電力電纜輸電容量、降低輸電損耗、提高電力電纜系統(tǒng)可靠性、降低電力電纜全壽命周期碳中和，以及電纜的智能制造、服役狀態(tài)在線監(jiān)測等，是電力電纜領域研究發(fā)展的方向。自從超導電性被發(fā)現(xiàn)以來，由于超導材料的零電阻特性，可以降低電能在傳輸過程中的損耗，實用化超導材料及超導電纜的研究一直吸引著廣大科研工作者的目光。
超導電力技術屬于當前高新科學技術的重要研究領域，具有重要的應用價值，也是未來智能電網的重要研究內容之一。在眾多的超導電力裝置中，由于超導電纜的相對技術成熟度較高、對整個超導產業(yè)鏈的推動力較強、能在城市電網智能電網改造中發(fā)揮重要作用等原因，超導電纜及其工程應用一直是超導電力技術研究是重點。
超導電纜作為引領新興產業(yè)革命的顛覆性技術，被美德日韓列為國家戰(zhàn)略技術，并實施技術封鎖和高性能材料限制出口�？梢灶A見，未來20～30年超導輸電技術將逐步走向規(guī)模化應用，勢必改變傳統(tǒng)電力輸送格局。
在電能傳輸中，電力電纜扮演著非常重要的角色。隨著社會發(fā)展的不斷進步，用電需求不斷增加，如何提高電力電纜輸電容量、降低輸電損耗、提高電力電纜系統(tǒng)可靠性、降低電力電纜全壽命周期碳排放，以及電纜的智能制造、服役狀態(tài)在線監(jiān)測等，是電力電纜領域研究發(fā)展的方向。自從超導電性被發(fā)現(xiàn)以來，由于超導材料的零電阻特性有助于降低電能在傳輸過程中的損耗，因此實用化超導材料及超導電纜的研究一直吸引著廣大科研工作者的目光。
20世紀60年代，人們制備出可實用化的NbTi和Nb3Sn低溫超導線材，超導電纜和超導磁體技術都得到了長足的發(fā)展。原機械工業(yè)部上海電纜研究所也在20世紀80年代開發(fā)出了低溫超導電纜樣品，與常規(guī)電力電纜相比，低溫超導電纜雖然能以較低的交流損耗傳輸更高的電流，但是由于超導材料工作在4.2K的液氦溫度，在整體經濟性上沒有明顯的優(yōu)勢，且技術成本、維護成本增加，所以低溫超導電纜應用沒有取得實質性進展。
1986年，臨界溫度大于20K的高溫超導材料被發(fā)現(xiàn)，到20世紀90年代后期，高溫超導帶材進入商業(yè)化階段，極大地推動了超導電力技術的發(fā)展，世界上相關國家相繼開發(fā)出了超導電力電纜、超導故障電流限制器、超導變壓器、超導電機、超導儲能等超導電力裝置樣機，開展了多條超導電纜試驗和示范工程線路，為超導電力技術的大規(guī)模應用奠定了基礎。
超導電力技術屬于當前高新科學技術的重要研究領域，具有重要的應用價值，也是未來智能電網的重要研究內容之一。在眾多的超導電力裝置中，由于超導電纜的技術成熟度相對較高、對整個超導產業(yè)鏈的推動力較強、能在城市電網智能化改造中發(fā)揮重要作用等原因，超導電纜及其工程應用一直是超導電力技術研究的重點。
本書從電力電纜以及電力用戶的視角，對超導電纜的結構、超導電纜系統(tǒng)的組成、超導電纜工程設計和運行等方面進行了介紹，旨在講解有關超導電纜的設計、安裝和運行的基本知識，也反映了當前國內外高溫超導電纜的研究和應用水平。
與電力電纜相關的知識涉及許多專業(yè)，加上超導電纜還處于大規(guī)模商業(yè)化進程之中，很難將超導電纜的相關內容一一詳盡描述清楚。在本書撰寫的過程中，作者參考并引用了國內外一些電力電纜、超導電力技術相關的研究成果和書目，書中所列參考文獻或許對希望深入了解的讀者有所幫助，在此謹對這些成果的著作權人表示衷心的感謝和誠摯的敬意。感謝上海國際超導科技有限公司的張智勇先生、韓云武先生、張大義先生、王天龍先生、黃逸佳先生、余靜薇女士等在本書編寫過程中給予的大力支持和幫助。
限于作者學識有限、經驗不足，書中難免存在疏漏和不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。
宗曦華
宗曦華博士自2001年開始從事超導電力技術研發(fā)，在應用基礎、工程化產業(yè)化方面取得了國際領先的成果，是我國超導電力技術領域的學術帶頭人之一。發(fā)明了多項核心的高溫超導電纜制備與應用技術，設計并建成我國首條超導電纜生產線，創(chuàng)建了我國首個超導電纜產業(yè)中試基地，成果轉化組建了上海國際超導科技有限公司，實現(xiàn)了我國超導電纜產業(yè)化并躋身國際領先行列，補上了我國實用化超導強電應用技術的短板。作為主要完成人，先后發(fā)表高水平論文22篇，獲授權發(fā)明專利15項。被遴選為國務院特殊津貼專家、上海市勞動模范、上海超導產業(yè)領軍人才。
前言
第1章 超導電纜概述 1
1.1 超導技術 1
1.1.1 超導現(xiàn)象及其基本特征 1
1.1.2 超導材料分類 3
1.1.3 超導材料及理論的發(fā)展概況 5
1.1.4 實用化超導材料 7
1.2 電力電纜基礎 10
1.2.1 電力電纜概述 10
1.2.2 電力電纜主要性能參數(shù) 11
1.2.3 電力電纜敷設方式 13
1.3 超導電纜 15
1.3.1 超導電纜發(fā)展概述 15
1.3.2 超導電纜分類 16
1.3.3 超導電纜主要構成 17
1.3.4 超導電纜電氣參數(shù) 19
1.3.5 超導電纜的安裝 20
1.4 超導電纜運行系統(tǒng) 21
1.4.1 電纜系統(tǒng) 21
1.4.2 冷卻循環(huán)系統(tǒng) 21
1.4.3 監(jiān)控系統(tǒng) 22
1.5 超導電纜示范工程 22
參考文獻 29
第2章 超導電纜絕緣 33
2.1 電力電纜絕緣的種類 33
2.1.1 油浸紙絕緣 34
2.1.2 塑料絕緣 36
2.1.3 橡皮絕緣 38
2.1.4 氣體絕緣 39
2.1.5 低溫介質絕緣 40
2.2 低溫介質絕緣特性 40
2.2.1 液氮 41
2.2.2 木纖維電纜紙 41
2.2.3 聚丙烯復合纖維紙 41
2.2.4 聚酰亞胺 44
2.2.5 聚芳酰胺纖維紙 44
2.2.6 聚丙烯薄膜 44
2.3 超導電纜絕緣制造 44
參考文獻 49
第3章 超導電纜柔性絕熱管 51
3.1 絕熱管絕熱技術 51
3.1.1 冷卻介質 51
3.1.2 絕熱套的熱力學基礎 53
3.2 低溫絕熱技術 54
3.3 超導絕熱套的結構設計及制造 59
3.3.1 波紋管的基本知識 60
3.3.2 金屬波紋管的結構及類型 61
3.3.3 絕熱套的制造工藝 62
3.3.4 波紋管的性能檢驗 65
3.4 絕熱套真空技術及真空壽命 66
3.4.1 絕熱套真空技術 66
3.4.2 絕熱套的真空壽命 68
參考文獻 69
第4章 超導電纜附件 71
4.1 超導終端 71
4.1.1 超導終端的結構設計 72
4.1.2 示范工程中的超導終端 88
4.2 中間接頭 95
4.2.1 中間接頭的結構設計 95
4.2.2 示范工程中的中間接頭 98
參考文獻 100
第5章 超導電纜制冷系統(tǒng) 104
5.1 制冷系統(tǒng)簡介 104
5.1.1 制冷系統(tǒng)設計原則 106
5.1.2 制冷系統(tǒng)類型 108
5.2 制冷機 113
5.2.1 G-M制冷機 114
5.2.2 斯特林循環(huán)制冷機 116
5.2.3 脈管制冷機 120
5.2.4 布雷頓循環(huán)制冷機 122
5.2.5 不同制冷機性能對比 126
5.3 液氮泵 129
5.3.1 液氮泵選型原則 129
5.3.2 液氮泵類型 141
5.4 冷箱與過冷換熱器 145
5.5 泵箱 148
5.6 輔助系統(tǒng) 149
5.6.1 液氮儲槽 149
5.6.2 冷卻水供應系統(tǒng) 150
5.6.3 真空絕熱管路 150
5.6.4 閥門及測量儀表 151
5.6.5 驅動氣源 152
參考文獻 152
第6章 超導電纜監(jiān)控系統(tǒng) 154
6.1 監(jiān)控系統(tǒng)功能定義 154
6.1.1 超導電纜監(jiān)控系統(tǒng)定義的演變 154
6.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)基本原理 158
6.1.3 監(jiān)控系統(tǒng)功能框架 158
6.1.4 監(jiān)控系統(tǒng)完備程度 159
6.2 監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā) 160
6.2.1 實驗室超導電纜監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā) 160
6.2.2 工程用超導電纜監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā) 174
6.3 控制程序與軟件系統(tǒng) 188
6.3.1 軟件系統(tǒng)建模與架構 188
6.3.2 系統(tǒng)運行模式 190
6.3.3 行為管控 191
6.3.4 數(shù)據(jù)共享運行維護系統(tǒng)開發(fā) 192
6.3.5 遠程組網 193
6.3.6 人工智能應用 194
參考文獻 195
第7章 超導電纜系統(tǒng)設計 200
7.1 電纜結構設計 200
7.1.1 襯芯設計 200
7.1.2 超導電纜導體與屏蔽設計 202
7.1.3 超導電纜絕緣設計 203
7.1.4 超導電纜絕熱套設計 204
7.2 超導電纜附件設計 205
7.3 低溫系統(tǒng)設計 206
7.4 監(jiān)控系統(tǒng)設計 207
參考文獻 208
第8章 超導電纜系統(tǒng)運行維護 210
8.1 運維基本概念 210
8.2 備用系統(tǒng)可靠性分析 212
8.3 超導電纜系統(tǒng)維護策略 214
8.4 超導電纜系統(tǒng)運維管理 219
8.4.1 運維制度 219
8.4.2 超導電纜本體巡視檢查要求及內容 221
8.4.3 泵房環(huán)境維護 224
8.4.4 缺陷管理 225
8.4.5 帶電檢測 225
8.5 超導電纜應急預案 226
8.5.1 超導電纜故障演化機理 226
8.5.2 超導電纜系統(tǒng)故障應急預案 227
8.5.3 制冷系統(tǒng)和真空管道的嚴重故障處置 229
8.5.4 一般故障應急預案驗證 230
8.5.5 小結 231
參考文獻 231
書單推薦
