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本書從電力電纜以及電力用戶的視角，對超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的組成、超導(dǎo)電纜工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行等方面進(jìn)行了介紹，旨在傳遞有關(guān)超導(dǎo)電纜的設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行的基本知識(shí)，也反映了當(dāng)前國內(nèi)外高溫超導(dǎo)電纜的研究和應(yīng)用水平。本書可作為從事超導(dǎo)電纜及其附件研究開發(fā)、制造以及超導(dǎo)電纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)、敷設(shè)安裝、運(yùn)行維護(hù)等專業(yè)人員的參考用書，也可作為從事超導(dǎo)電力應(yīng)用研究專業(yè)技術(shù)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(huì)發(fā)展的不斷進(jìn)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(lǐng)域研究發(fā)展的方向。自從超導(dǎo)電性被發(fā)現(xiàn)以來，由于超導(dǎo)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(shí)用化超導(dǎo)材料及超導(dǎo)電纜的研究一直吸引著廣大科研工作者的目光。
　　20世紀(jì)60年代，人們制備出可實(shí)用化的NbTi和Nb3Sn低溫超導(dǎo)線材，超導(dǎo)電纜和超導(dǎo)磁體技術(shù)都得到了長足的發(fā)展。原機(jī)械工業(yè)部上海電纜研究所也在20世紀(jì)80年代開發(fā)出了低溫超導(dǎo)電纜樣品，與常規(guī)電力電纜相比，低溫超導(dǎo)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(dǎo)材料工作在4.2K的液氦溫度，在整體經(jīng)濟(jì)性上沒有明顯的優(yōu)勢，且技術(shù)成本、維護(hù)成本增加，所以低溫超導(dǎo)電纜應(yīng)用沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
　　1986年，臨界溫度大于20K的高溫超導(dǎo)材料被發(fā)現(xiàn)，到20世紀(jì)90年代后期，高溫超導(dǎo)帶材進(jìn)入商業(yè)化階段，極大地推動(dòng)了超導(dǎo)電力技術(shù)的發(fā)展，世界上相關(guān)國家相繼開發(fā)出了超導(dǎo)電力電纜、超導(dǎo)故障電流限制器、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)儲(chǔ)能等超導(dǎo)電力裝置樣機(jī)，開展了多條超導(dǎo)電纜試驗(yàn)和示范工程線路，為超導(dǎo)電力技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　超導(dǎo)電力技術(shù)屬于當(dāng)前高新科學(xué)技術(shù)的重要研究領(lǐng)域，具有重要的應(yīng)用價(jià)值，也是未來智能電網(wǎng)的重要研究內(nèi)容之一。在眾多的超導(dǎo)電力裝置中，由于超導(dǎo)電纜的技術(shù)成熟度相對較高、對整個(gè)超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈的推動(dòng)力較強(qiáng)、能在城市電網(wǎng)智能化改造中發(fā)揮重要作用等原因，超導(dǎo)電纜及其工程應(yīng)用一直是超導(dǎo)電力技術(shù)研究的重點(diǎn)。
　　本書從電力電纜以及電力用戶的視角，對超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的組成、超導(dǎo)電纜工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行等方面進(jìn)行了介紹，旨在講解有關(guān)超導(dǎo)電纜的設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行的基本知識(shí)，也反映了當(dāng)前國內(nèi)外高溫超導(dǎo)電纜的研究和應(yīng)用水平。
　　與電力電纜相關(guān)的知識(shí)涉及許多專業(yè)，加上超導(dǎo)電纜還處于大規(guī)模商業(yè)化進(jìn)程之中，很難將超導(dǎo)電纜的相關(guān)內(nèi)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(nèi)外一些電力電纜、超導(dǎo)電力技術(shù)相關(guān)的研究成果和書目，書中所列參考文獻(xiàn)或許對希望深入了解的讀者有所幫助，在此謹(jǐn)對這些成果的著作權(quán)人表示衷心的感謝和誠摯的敬意。感謝上海國際超導(dǎo)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(xué)識(shí)有限、經(jīng)驗(yàn)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

前言
第1章超導(dǎo)電纜概述 1
1.1 超導(dǎo)技術(shù) 1
　　1.1.1 超導(dǎo)現(xiàn)象及其基本特征 1
　　1.1.2 超導(dǎo)材料分類 3
　　1.1.3 超導(dǎo)材料及理論的發(fā)展概況 5
　　1.1.4 實(shí)用化超導(dǎo)材料 7
1.2 電力電纜基礎(chǔ) 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(shè)方式 13
1.3 超導(dǎo)電纜 15
　　1.3.1 超導(dǎo)電纜發(fā)展概述 15
　　1.3.2 超導(dǎo)電纜分類 16
　　1.3.3 超導(dǎo)電纜主要構(gòu)成 17
　　1.3.4 超導(dǎo)電纜電氣參數(shù) 19
　　1.3.5 超導(dǎo)電纜的安裝 20
1.4 超導(dǎo)電纜運(yùn)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(dǎo)電纜示范工程 22
參考文獻(xiàn) 29
第2章超導(dǎo)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(zhì)絕緣 40
2.2 低溫介質(zhì)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(fù)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(dǎo)電纜絕緣制造 44
參考文獻(xiàn) 49
第3章超導(dǎo)電纜柔性絕熱管 51
3.1 絕熱管絕熱技術(shù) 51
　　3.1.1 冷卻介質(zhì) 51
　　3.1.2 絕熱套的熱力學(xué)基礎(chǔ) 53
3.2 低溫絕熱技術(shù) 54
3.3 超導(dǎo)絕熱套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造 59
　　3.3.1 波紋管的基本知識(shí) 60
　　3.3.2 金屬波紋管的結(jié)構(gòu)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(yàn) 65
3.4 絕熱套真空技術(shù)及真空壽命 66
　　3.4.1 絕熱套真空技術(shù) 66
　　3.4.2 絕熱套的真空壽命 68
參考文獻(xiàn) 69
第4章超導(dǎo)電纜附件 71
4.1 超導(dǎo)終端 71
　　4.1.1 超導(dǎo)終端的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 72
　　4.1.2 示范工程中的超導(dǎo)終端 88
4.2 中間接頭 95
　　4.2.1 中間接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 95
　　4.2.2 示范工程中的中間接頭 98
參考文獻(xiàn) 100
第5章超導(dǎo)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(shè)計(jì)原則 106
　　5.1.2 制冷系統(tǒng)類型 108
5.2 制冷機(jī) 113
　　5.2.1 G-M制冷機(jī) 114
　　5.2.2 斯特林循環(huán)制冷機(jī) 116
　　5.2.3 脈管制冷機(jī) 120
　　5.2.4 布雷頓循環(huán)制冷機(jī) 122
　　5.2.5 不同制冷機(jī)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(chǔ)槽 149
　　5.6.2 冷卻水供應(yīng)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(qū)動(dòng)氣源 152
參考文獻(xiàn) 152
第6章超導(dǎo)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)室超導(dǎo)電纜監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā) 160
　　6.2.2 工程用超導(dǎo)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(gòu) 188
　　6.3.2 系統(tǒng)運(yùn)行模式 190
　　6.3.3 行為管控 191
　　6.3.4 數(shù)據(jù)共享運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)開發(fā) 192
　　6.3.5 遠(yuǎn)程組網(wǎng) 193
　　6.3.6 人工智能應(yīng)用 194
參考文獻(xiàn) 195
第7章超導(dǎo)電纜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 200
7.1 電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 200
　　7.1.1 襯芯設(shè)計(jì) 200
　　7.1.2 超導(dǎo)電纜導(dǎo)體與屏蔽設(shè)計(jì) 202
　　7.1.3 超導(dǎo)電纜絕緣設(shè)計(jì) 203
　　7.1.4 超導(dǎo)電纜絕熱套設(shè)計(jì) 204
7.2 超導(dǎo)電纜附件設(shè)計(jì) 205
7.3 低溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 206
7.4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 207
參考文獻(xiàn) 208
第8章超導(dǎo)電纜系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù) 210
8.1 運(yùn)維基本概念 210
8.2 備用系統(tǒng)可靠性分析 212
8.3 超導(dǎo)電纜系統(tǒng)維護(hù)策略 214
8.4 超導(dǎo)電纜系統(tǒng)運(yùn)維管理 219
　　8.4.1 運(yùn)維制度 219
　　8.4.2 超導(dǎo)電纜本體巡視檢查要求及內(nèi)容 221
　　8.4.3 泵房環(huán)境維護(hù) 224
　　8.4.4 缺陷管理 225
　　8.4.5 帶電檢測 225
8.5 超導(dǎo)電纜應(yīng)急預(yù)案 226
　　8.5.1 超導(dǎo)電纜故障演化機(jī)理 226
　　8.5.2 超導(dǎo)電纜系統(tǒng)故障應(yīng)急預(yù)案 227
　　8.5.3 制冷系統(tǒng)和真空管道的嚴(yán)重故障處置 229
　　8.5.4 一般故障應(yīng)急預(yù)案驗(yàn)證 230
　　8.5.5 小結(jié) 231
參考文獻(xiàn) 231

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