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%。
　　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。
　　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。
　　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。
　　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。

研究报告全文：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证券分析师王蔚祺证券分析师王晓声010-88005313010-88005231wangweiqi2guosencomcnwangxiaoshengguosencomcnS0980520080003S0980523050002请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容摘要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3u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12017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184281417亿元其中特高压直流设备市场空间分别达到68204340亿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1电力系统介绍2主要输变电设备市场分析35特高压设备市场分析4配电网市场分析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输变电部分包括锅炉水库核反应堆蒸汽发生器汽轮机包括变压器输电线路等变换输送分配电力的水轮机风电光伏等电能生产设备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1000kV750kV500kV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5001000kV西北电网额定电压等级是330750kV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以内交流输变系统频率偏移额定值02-05Hz以内kV波形质量正弦波100075050033022011060351063038安全可靠持续供电环境保护直流输变系统kV电力系统运行的经1100800500400济性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电力线路按用途分为输电线路和配电配电网以多层次多电压等级的形式环节起着升降电压汇集和分配电能线路按其架设方式分为架空电力线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控制操作等功能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费的目的交流变电站交流架空线路主要由导线避雷线高压配电网电压等级为11066kV分为枢纽变电站330kV以上绝缘子金具杆塔及基础接地装35kV它将来自变电站的电能分配到中间变电站多为220kV置等构成众多的配电变压器或直接供给中等容量的用户地区变电站110kV220kV直流输电系统包含换流站连接两端终端变电站高压侧电压不超过110kV的直流输电线路以及接地极和接地中压配电网电压等级为1020kV线路等部分组成低压配电网电压等级为380220V其表1不同电压等级典型输电容量与距离直流换流站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采用直流输电必须进行交直流电的相标准电压等级输送容量输送距离kmkVMVA互转换即在送电端将交流电转换成直随着我国分布式电源智能用电电动流电称为整流而在受电端又将直10022620汽车等产业快速发展配电网负荷也快流电转换为交流电称为逆变才能352152050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将电能从电源端送到负荷端送电端进110105050150提出了更高要求行整流的场所称为整流站受电端进行220100500100300逆变的场所称为逆变站3302008002006005001000150015085075020002500500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一次设备电力二次设备1主变压器系统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配电装置6导线智能辅助系统在线监测等输变电2AISGISHGIS3无功补偿装置SVCSVG2通信及远动系统4站用电系统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站所终端DTU安装在开关站3通信设备3熔断器8成套设备箱式变电站环网柜等配电室环网柜箱式变电站等处配电网4互感器9充电站及充电桩馈线终端FTU安装在柱上等处5避雷器10高压配电线低压配电线配电变压器终端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上市公司梳理表2特高压主网各环节上市公司梳理表3配用电各环节上市公司梳理所属产业链上市公司名称所属产业链上市公司名称变压器特变电工中国西电保变电气电线电缆汉缆股份中天科技远东股份宝胜股份有载分接开关华明装备平高电气安靠智电换流阀国电南瑞许继电气中国西电GIL换流阀控保系统国电南瑞许继电气成套设备宏力达智光电气特锐德科林电气杭州柯林合纵科技换流阀冷却高澜股份一次设备组合电器GIS平高电气思源电气中国西电智能电表海兴电力炬华科技三星医疗东方电子煜邦电力电容器电抗器思源电气中国西电平高电气保变电气变压器金盘科技江苏华辰望变电气新特电气晶闸管派瑞股份时代电气避雷器金冠电气巡检无人机机器人南网科技泽宇智能亿嘉和申昊科技绝缘子大连电瓷国电南瑞四方股份国网信通国电南自东虚拟电厂综合能源东方电子安科瑞朗新科技国能日新二次设备与系统方电子资料来源各公司公告国信证券经济研究所整理资料来源各公司公告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我国电力行业投资现状投资结构图6我国历年电源投资与电网年度投资额亿元电网投资主要包括输变电投资和其他投资通常输变电投资占比96左右在输变电投资中交流投资通常占比90直流投资占比10直流占10电网投资电源投资2022年电网投资5006亿元输变电投资占比964其中交流投资4505交流占90亿元比上年增长37占比达到90直流工程投资316亿元比上年下降170投资占比10其他投资占比366791线路结构55305373全国线路投资主要分500kV220kV和110kV含66kV三大类20095244500949515006年以来110kV含66kV线路长度规模始终保持最大每年新增4699长度在2-3万千米220kV线路规模居中每年新增2-25万千米500kV线路规模相对低处于1-15万千米40582022年全国新增交流110千伏及以上输电线路长度6万千米比上3319年增长157适应城乡负荷增长和新能源快速发展的220千伏及以2721下电网建设持续推进全国新投产直流输电线路2223千米同比下降2172054容量结构大部分年度220kV变电容量规模占比较高其次是110kV含66kV和500kV每个电压等级新投产规模在8000-12000万kVA2022年新增变电设备容量35320万千伏安比上年增长49新投201820192020202120222023H1产换流容量1800万千瓦同比下降4382022年新建成白鹤滩-江苏白鹤滩-浙江特高压直流输电工程资料来源中电联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目录1电力系统介绍2主要输变电设备市场分析35特高压设备市场分析4配电网市场分析请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容变电关键设备图7变电关键设备概览电力变压器将一种电压的电能转换为另一种电压的电能绝缘子避雷器输配电系统的绝缘以及安全装置电抗器对线路限流或限压补偿输电线的容性电流或电压一次设备穿墙套管引线对地的绝缘以及固定引线换流阀进行交直流转换变电关键设备电容器主要用于滤波和补偿换流变压器和平波电抗器将交流电能和直流电能互相转换组合电器由断路器开关连接件和出线终端等组成二次设备继电保护电力系统故障进行警告以及断路保护装置资料来源国家电网中电联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变压器电力变压器变压器是电力系统中重要的输配电设备可以将一种电压的电能转换为另一种电压的电能变压器一般分成电力变压器电抗器换流变压器平波电抗器和工业变压器变压器基本结构主要包括铁芯绕组绝缘套管油箱储油柜吸湿器冷却器分接开关压力释放阀气体继电器等穿墙套管是变压器的重要组件之一其作用是把变压器的高低压绕组的引线引到油箱外部不仅起着引线对地的绝缘作用而且还起着固定引线的作用运行中的变压器要长期承受工作电压负荷电流以及在故障中出现的短时过电压大电流尤其是特高压的套管结构复杂必须具有良好的热稳定性能承受短路时的瞬间过热具有极高的电气绝缘可靠性高机械性能和可靠的密封性分接开关是变压器的关键核心组件又称变压器绕组的抽头变换装置即在变压器绕组的不同部位设置分接抽头通过调换分接抽头的位置改变其变压器绕组的匝数最终实现对电压的调整分接开关同时是变压器构成中唯一带负荷动作的组件通过有载分接开关可以在不断电的情况下对电压进行调整从而控制电力潮流方向实现跨省跨区域远距离电力的传输国际电工委员会IEC标准和中国国家标准强制性规定35kV以上的电力变压器必须安装调压分接开关图8电力变压器图9变压器的分接开关与穿墙套管穿墙套管资料来源西电中低压电气官网国信证券经济研究所整理资料来源华明装备华源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高压开关高压开关设备指电力系统中电压等级在3kV及以上且频率不高于50Hz的户内和户外交流开关设备高压开关设备主要用于电力系统包括发电厂变电站输配电线路和工矿企业等用户的控制和保护是非常重要的输配电设备按其功能和作用的不同可分为以下两类1器件及其组合断路器接地开关隔离开关重合器负荷开关分断器接触器熔断器及上述器件组合而成的接触器-熔断器F-C组合电器负荷开关-熔断器组合电器熔断器式开关隔离负荷开关敞开式组合电器等2成套设备成套设备为将上述器件及其组合与其他电气设备比如变压器电容器互感器电抗器避雷器等在金属封闭外壳内进行合理配置和组合并且具有相对完整使用功能的产品比如金属封闭的高压开关柜气体绝缘金属封闭开关设备GIS和高压低压预装式变电站等上下游产业链高压开关行业上游主要包括绝缘材料外部协件铜材铝材电气元件产品应用的下游客户包含电网客户电源客户铁路电气化行业及工业客户图10高压开关主要器件产品图11高压开关成套设备GIS它将各种控制和保护电器包括断路器隔离开关接地开关电压互感器电流互感器避雷器连接母线等全部封装在接地的金隔离开关接地开关负荷开关属壳体内壳内充以一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质并按一定接线方式组合构成的开关设备组合电器预装式变电站气体绝缘金属封闭开关设备GIS熔断器断路器资料来源江南奕帆伊顿集团施耐德国信证券经济研究所整理资料来源江南奕帆伊顿集团施耐德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抗器电容器电抗器用于线路里的限流或限压补偿高压输电线的容性电流或电压从而起到稳定电网的作用电容器电容器是静止的无功补偿设备其主要作用是向电力系统提供容性无功功率改善功率因数采用就地无功补偿的方式可以减少输电线路输送电流起到减少线路能量损耗和压降改善电能质量和提高设备利用率的重要作用图12电抗器图13并联电容器资料来源电子工程世界国信证券经济研究所整理资料来源锡容电力电气官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静止无功补偿器和静止无功发生器静止无功补偿器staticvarcompensatorSVC由电力电容器和可调电抗并联组成电容器可发出无功功率电抗器可吸收无功功率根据调压需要通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率来调节静止补偿输出的无功功率的大小和方向这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷且不能连续调节的缺点静止无功功率补偿器有各种不同形式常用的有晶闸管控制电抗器晶闸管投切电容器和饱和电抗器三种静止无功发生器staticvargeneratorSVG又称静止同步补偿器是指用自由换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流实现动态无功补偿目的SVG可以作为电容器组用发出无功功率也可以当成电抗器用吸收无功功率可以连续发出感性无功功率和容性无功功率补偿精度高在补偿功率补偿时间有级无级补偿谐波滤除使用寿命等方面具备优势图14静止无功补偿器SVC图15静止无功发生器SVG资料来源新风光国信证券经济研究所整理资料来源科湃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换流阀与继电保护换流阀直流输电工程的换流站实现了直流输电工程中直流和交流能量的相互转换换流阀是换流站中的核心设备其主要功能是进行交直流转换目前绝大多数直流输电工程采用晶闸管阀技术但采用IGBT功率模块的柔性直流输电工程正处于快速发展当中继电保护继电保护装置是当电力系统中的电力元件如发电机线路等或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时能够向运行值班人员及时发出警告信号或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施的设备继电保护是一个专业技术性非常强的领域特别是高压电网继电保护不仅具有很高的技术门槛还需要在高压电网领域中具有丰富的运行经验由于技术门槛较高产品市场份额基本上被国电南瑞四方股份国电南自许继电气等少数企业获得图16直流换流阀图17继电保护装置资料来源博瑞电力官网国信证券经济研究所整理资料来源国电南瑞官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互感器与避雷器互感器互感器又称为仪用变压器其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压100V或标准小电流5A或1A均指额定值以便实现测量仪表保护设备及自动控制设备的标准化小型化同时互感器还可用来隔开高电压系统以保证人身和设备的安全根据用途不同分为电流互感器和电压互感器两大类避雷器是一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量保护电气设备免受瞬时过电压危害又能截断续流不致引起系统接地短路的电气装置避雷器通常接于带电导线与地之间与被保护设备并联当过电压值达到规定的动作电压时避雷器立即动作流过电荷限制过电压幅值保护设备绝缘电压值正常后避雷器又迅速恢复原状以保证系统正常供电图18电流互感器与电容式电压互感器图19避雷器电容式电压互感器低压电流压互感器电流压互感器资料来源浙江昊鑫电力科技有限公司国信证券经济研究所整理资料来源南互电气科技有限公司陕西华荣电器有限公司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输变电设备市场分析图20每年新建变电容量万kVA和直流换流容量万kW图21每年新建线路长度km直流变电容量交流变电容量直流换流容量直流合计交流合计我国电网建设规模基本保持稳定从细分工程79003200520022003200来看每年新增变流容量规模在10-11亿kVA58084之间其中交流容量占以上每年新建线10570410409557238901034839530793857569735793551984路长度约5-6万公里其中交流占比95左右14400115009700126001060083393325444428402017201820192020202120172018201920202021在交流工程中随着我国城镇化发展和智能电网的建设区域电网发展是建设主体新建交资料来源中电联国信证券经济研究所整理资料来源中电联国信证券经济研究所整理注数据不包括35kV及以下电压等级注数据不包括35kV及以下电压等级流变电容量中高压线路110kV和220kV占55-60超高压330kV-1000kV占40图22每年新建交流变电容量电压等级结构万kVA图23每年新建交流线路电压等级结构万km新建交流线路中高压线路长度占比75左右超高压占比约为25220kV110kV330kV及以上220kV110kV330kV及以上2525262423在直流工程中80-90为800kV特高压直流4040454140757574767760605559602017201820192020202120172018201920202021资料来源中电联国信证券经济研究所整理资料来源中电联国信证券经济研究所整理注数据不包括35kV及以下电压等级注数据不包括35kV及以下电压等级请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容输变电设备市场分析我国110kV及以上电压等级的输变电设备市场总规模为1400-1800亿元之间其他电压等级的统计金额较小仅为45-65亿元图24我国新建电网工程每年设备工器具购置金额亿元图25我国历年不同线路输变电设备投资额亿元2017年2018年2019年2020年2021年输变电设备其他电力设备占比467200036177516381476341500139114123224410002012111821951933015615616916613614912050082287344544242487664625302620172018201920202021特高压直流特高压交流交流220kV交流110kV资料来源中电联国信证券经济研究所整理注110kV及以上资料来源中电联国信证券经济研究所整理注特高压直流指1100kV和800kV合计金额特高压交流指1000kV工程请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容