自从发现高温超导体(HTS), HTS电力应用的可能性一直强烈地吸引着各工业化国家。从目前看来,HTS电力电缆的应用研究发展较快,极有可能首先广泛运用于电力系统中。和常规电缆相比,高温超导电缆具有体积小,重量轻,损耗低和传输容量大等优点,采用高温超导电缆输送电力是解决城市用电密度高、建设用地紧张的最佳输电方案,有着广阔的市场前景。高温超导电缆是高温超导技术的重要应用之一,它集成了超导材料、电缆、低温制冷、电力工程等多学科技术。本文详细描述了30米高温超导电缆系统的实验内容、设计方案以及对制冷系统主要设备,对低温系统的能量以及各实验结果进行了分析。比较了各种低温制冷系统的优劣,通过对比分析及各个国内外运行情况的调研,并且研究了国内外各种大型氦制冷系统的进展,选用了氦制冷系统来达到本工程的制冷量,为整个百米级高温超导电缆制冷系统的方案选择作出了初步的确立。通过对对百米级高温超导电缆的各状态点参数进行热力学分析及优化计算,对制冷循环的各冷却级和换热器进行热平衡分析,同时给出了各状态点的设计参数,并且给出了氦制冷循环的性能指标及其不可逆损失。所有这些制冷循环的分析结果是制冷机设计的基础,制冷机中的主要设备,如换热器、压缩机、膨胀机、阀门、低温液氮泵、缓冲罐等的设计、选型参数都来自于热力学分析优化的结果。本文主要对氦制冷系统的关键设备,如螺杆压缩机组、板翅式换热器、透平膨胀机、低温液氮泵、控制阀门、缓冲罐等的选型和设计作了论述。给出了螺杆压缩机的特性、性能评价指标、螺杆压缩机组的流程组织以及螺杆压缩机的设计选型参数。论述了低温板翅式换热器的设计,包括翅片的选取、通道的分配、换热系数及阻力的计算、换热器面积的计算等。同时论述了影响换热器效率的几个因素。本章还给出了透平膨机和低温液体泵以及真空泵的设计参数和设计结果。最后并说明了缓冲罐的作用及工作原理。本论文研究是以百米级高温超导电缆的制冷系统的设计研究为主要内容,给出了氦制冷系统设计及有关计算结果,希望为我国百米级高温超导电缆的低温系统的研究做出一定的贡献。