证券研究报告 | 2023年08月20日 新型电力系统专题之电网设备框架梳理 主网投资有望迎来上行周期，特高压助力新能源大基地建设 行业研究 · 行业专题 电力设备新能源 · 电网设备 投资评级：超配 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 证券分析师：王蔚祺 证券分析师：王晓声 010-88005313 010-88005231 wangweiqi2@guosen.com.cn wangxiaosheng@guosen.com.cn S0980520080003 S0980523050002 摘要 u 电力系统概况：一二次设备广泛应用于发输变配用各环节 1）电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能 供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、优 质的电能。 2）电能的输电、变电和配电功能所需要的设备统称为电网设备，是电网投资建设的主要开支之一。随着我国电力系统的建设，每年我国电网都需要进行5千亿以上的投资，成为增加电力消 纳能力、优化基础设施，逆向调节经济的重要抓手。2020年以来随着新能源的发展，我国电源投资额快速增长，20-22年CAGR为14%，但同期电网投资缺滞后于电源投资，20-22年CAGR 为3%。 u 输变电设备市场分析：年均市场空间1400-1800亿元，220kV及以上市场格局稳定 1）输变电一次设备包括开关、变压器、电抗器、电容器、绝缘子、避雷器、换流阀等，二次设备包括控制与继电保护、调度系统、通信及远动、配电终端等；2）我国110kV及以上电压等 级输变电设备年均市场规模1400-1800亿元，110kV以下电压等级市场规模45-65亿元。从格局看，220kV及以上电力设备市场格局集中且稳定；110kV及以下市场格局较为分散。 u 特高压设备市场分析： 1）2017年以来我国特高压交流设备年均投资额在40-80亿元之间，特高压直流设备投资额随当年投产条数存在较大波动；2）我们预计2023-2025年特高压设备市场空间分别达到 184/281/417亿元，其中特高压直流设备市场空间分别达到68/204/340亿元，特高压交流设备在70-130亿之间波动；3）特高压设备研发投入大、技术壁垒高、可靠性要求极高，市场格 局集中且稳定，相关产品盈利能力强，上市公司包括平高电气、中国西电、特变电工、保变电气、国电南瑞、许继电气、四方股份等。 u 配电网市场分析： 1）配电网负责从输电网取电并向各类电力用户供给和配送电力，随着分布式电源、储能、充电桩的快速发展，未来将同时肩负多类型电力单元接入的作用。2）配电网主要一次设备包括配 电变压器、开关柜、柱上开关、智能电表、无功补偿装置等，二次设备包括配电自动化系统、监控系统等。3）配电网市场格局较为分散，且具有区域属性，上市公司包括宏力达、智光电 气、特锐德、安靠智电、科林电气、海兴电力、炬华科技、东方电子、金盘科技、江苏华辰、望变电气、南网科技、泽宇智能、亿嘉和等。 u 风险提示 电网投资总量与节奏不及预期；新能源装机增速不及预期；电力市场相关政策推进节奏不及预期；经济增速、用电量增速不及预期；行业竞争加剧，盈利水平不及预期；海外市场开拓进度 不及预期。 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 目录 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 1 电力系统介绍 2 主要输变电设备市场分析 3 5 特高压设备市场分析 4 配电网市场分析 oPxOnPnNyRmPsNnNtMmPsQ7NcM6MpNmMmOmPjMpPvNeRnPoP6MnMnQxNqMnQMYpNrN 电力系统组成 • 电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再 经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、 调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、优质的电能。 图1：电力系统结构示意图 资料来源：国电南瑞，平高电气，国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 电力系统组成 • 发电厂将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，经过升压，远距离输送再负荷中心经降压在供用电设备使用，构成了动力系统，也称为广义的电 力系统。通常将动力系统中涉及电气的部分，即从发电部分的发电机起，再包括输变电部分、用电部分和电力系统自动化部分合在一起，称作电力系统。 图2：电力系统主要组成部分 发电部分 包括锅炉、水库、核反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、 水轮机、风电、光伏等电能生产设备 输变电部分 包括变压器、输电线路等变换、输送、分配电力的 设备。输变电部分通常又称作电力网络，简称电网， 接近负荷处的低电压电网通常又称作配电网 用电部分 电力自动化系统 包括电动机、电热电炉、整流设备、照明、家电、 指为保证电力系统安全稳定运行所需要的保护、 充电桩等各类消耗电能的设备。 控制、调度、测量的自动化系统 资料来源：国家电网，国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 电力系统基本要求与电压等级 • 1000kV、750kV、500kV和220kV电压等级用于电力系统主干，110kV电压等级用于输电网和配电网的连接，35kV电压等级用于大城市、大企业的配电网 和农村配电网，10kV电压等级用于配电网络，6kV和3KV电压等级用于高压电动机。 • 我国输电网的额定电压等级一般是500/1000kV，西北电网额定电压等级是330/750kV。 • 电压等级越高，同等距离下的线路投资和线路能量损耗越小，但是对电气设备的绝缘要求提高，导致电气设备投资增加。 图3：电力系统运行的基本要求 图4：电力系统额定电压等级 保证良好的电能质量 衡量电能质量的三个指标： 电 压 偏 移 （ 额 定 值 ±5 % 以 内 ） 频 率 偏 移 （ 额 定 值 ±0 . 2 - ±0 . 5 H z 以 内 ） 波形质量（正弦波） 安全、可靠、持续供 电环境保护 交流输变系统 （kV) 1000、750、500、330、220、110 60、35、10、6、3、0.38 直流输变系统 (kV) 电力系统运行的经 济性 ± 1100、±800、±500、±400 煤耗、线损、厂用电率 资料来源：国家电网，国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 资料来源：国家电网，国信证券经济研究所整理 电网电气工程 变电站/换流站 输配电线路 配电网 变电站是连接发电厂和电力用户的中间 环节，起着升降电压、汇集和分配电能、 控制操作等功能。 • 电力线路按用途分为输电线路和配电 线路。按其架设方式分为架空电力线 路和地下电缆线路。按其传输电流方 式分为交流和直流输电线路 • 配电网以多层次、多电压等级的形式， 降至方便运行又适合用户需要的各种电 压向用户供电，达到逐级分配或就地消 费的目的。 交流变电站 分为枢纽变电站（330kV以上） 中间变电站（多为220kV) 地区变电站（110kV\220kV) 终端变电站（高压侧电压不超过110kV) • 交流架空线路主要由导线、避雷线、 绝缘子、金具、杆塔及基础、接地装 置等构成。 • 高压配电网电压等级为110（66）kV、 35kV，它将来自变电站的电能分配到 众多的配电变压器，或直接供给中等容 量的用户； • 中压配电网电压等级为10（20）kV； • 低压配电网电压等级为380/220V，其 功能是以配电变压器为电源，将电能通 过低压线路直接配送给用户； • 随着我国分布式电源、智能用电、电动 汽车等产业快速发展，配电网负荷也快 速增长,对配电网的规划设计、经济运行、 设备选型、维护检修、自动化控制等也 提出了更高要求。 直流换流站 采用直流输电必须进行交、直流电的相 互转换，即在送电端将交流电转换成直 流电（称为整流），而在受电端又将直 流电转换为交流电（称为逆变），才能 将电能从电源端送到负荷端。送电端进 行整流的场所称为整流站，受电端进行 逆变的场所称为逆变站。 • 直流输电系统包含换流站、连接两端 的直流输电线路，以及接地极和接地 线路等部分组成。 表1：不同电压等级典型输电容量与距离 标准电压等级 （kV） 输送容量 （MVA） 输送距离（km） 10 0.2~2 6~20 35 2~15 20~50 110 10~50 50~150 220 100~500 100~300 330 200~800 200~600 500 1000~1500 150~850 750 2000~2500 500以上 资料来源：《电力生产知识》，国信证券经济 研究所整理 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 电网设备概览 一次设备是供电系统的主体，是用电负荷的载体，高电压或大电流是一次设备的主要特点，包括开关、变压器、电抗器、电容器、互感器、绝缘子、避雷器、 直流输电换流阀及电线电缆等。 二次设备承担电力设备控制及电网自动控制、保护和调度功能，通过自动化技术实现人与一次系统的联系监视、控制，使一次系统能安全经济地运行，分为 继电保护、安全自动控制、系统通讯、调度自动化、DCS自动控制系统等。 图5：电网一二次设备概览 电力二次设备 电力一次设备 1、主变压器系统 输变电 2、配电装置（AIS、GIS、HGIS） 5、电缆及接地 1、控制及直流系统（计算机监控系统、继电保护、直流系统、 6、导线 智能辅助系统、在线监测等） 3、无功补偿装置（SVC、SVG） 2、通信及远动系统 4、站用电系统 配电网 1、配电变压器 6、无功补偿与电力电容器 1、配电终端类 2、故障指示器 2、开关类 7、计量设备（配电箱、电能表） • 3、通信设备 3、熔断器 8、成套设备（箱式变电站、环网柜等） 站所终端（DTU）安装在开关站、 配电室、环网柜、箱式变电站等处 4、互感器、 9、充电站及充电桩 • 5、避雷器 10、高压配电线、低压配电线 • 馈线终端（FTU）安装在柱上等处 配电变压器终端（TTU）监视、测 量配电变压器的各种运行参数 资料来源：国家电网，国信