在过去的几十年里,繁忙和快速增长的大都市地区,对电能的需求稳步增长。城市的快速发展将进一步推动城市内部电网的容量限制。为了应对这些瓶颈,当务之急是增加传输电流。然而,由于普通金属导体存在电阻,其载流性能受到限制,导致了巨大的损耗和散热。高温超导电缆可以在几乎没有任何电阻的情况下传输极高的电流,其载流能力是普通电缆的3-5倍。本文研究主要分为以下三个内容:(1)以35kV三相一体和10kV三相同轴超导电缆为研究对象,进行等效数学模型的建立,目的是为了研究超导电缆导体层之间电流的分布情况。利用优化算法,开发用于协调电流分布的计算机程序;而三相同轴超导电缆存在固有三相不平衡问题,基于阻抗匹配程序来满足三相电流平衡。(2)对超导电缆的运行特性进行分析,包括交流损耗分析、超导电缆线路参数分析以及冲击电流下的热电耦合分析。基于T-A公式对三相一体和三相同轴超导电缆进行有限元数值仿真建模,仿真计算两种优化结构电缆的交流损耗。同时,电缆在实际电网中安装运行前,最重要的是电缆在故障状态下的可靠性,利用二维计算的传热分析,通过MATLAB数值计算与COMSOL建模进行联合仿真,模拟电缆瞬态热特性,分析得出了三相一体和三相同轴超导电缆导体层等效电阻的变化规律以及超导电缆各层的温度分布和故障过电流下导体层与铜稳定层的分流情况,目的是研究在故障期间温度升高是否会导致电缆永久损坏。为了分析超导电缆的线路参数,提出了基于场路耦合磁场模型的超导电缆线路参数仿真分析方法。磁场模型计算屏蔽层感应电场,电路模型计算超导电缆回路中时域电流,耦合感应电场和时域电流计算超导电缆线路的正序和零序线路参数。(3)对35kV三相一体超导电缆进行稳态通流试验。稳态通流试验结果表明感应电流和感应电压的主要影响因素是屏蔽层电阻的大小,初步验证了屏蔽层阻抗对屏蔽层电流的影响规律,屏蔽层连接的电阻越小,感应电流就越大,实验与仿真结果对比基本吻合。同时基于临界电流传统测试方法,搭建10kV三相同轴超导电缆临界电流的试验平台,结果显示三相同轴超导电缆三相电流基本达到平衡,进而验证了设计方法的可行性。