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

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 010-88005313010-88005231 wangweiqi2@guosen.com.cnwangxiaosheng@guosen.com.cnS0980520080003S0980523050002 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。 1 电力系统介绍 2 主要输变电设备市场分析 3 特高压设备市场分析 4 配电网市场分析 •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 •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 包括电动机、电热电炉、整流设备、照明、家电、充电桩等各类消耗电能的设备。 电力自动化系统 指为保证电力系统安全稳定运行所需要的保护、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 •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 保证良好的电能质量 图4：电力系统额定电压等级 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-±0.5Hz以内）波形质量（正弦波） 安全、可靠、持续供电环境保护 电力系统运行的经济性 煤耗、线损、厂用电率 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) ±1100、±800、±500、±400 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 变电站/换流站 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。 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) 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。 输配电线路 •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 •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。 •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 7502000~2500500以上 配电网 •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。 •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。 资料来源：《电力生产知识》，国信证券经济研究所整理 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 1、主变压器系统 2、配电装置（AIS、GIS、HGIS） 3、无功补偿装置（SVC、SVG） 4、站用电系统 5、电缆及接地 6、导线 1、配电终端类 •站所终端（DTU）安装在开关站、配电室、环网柜、箱式变电站等处 •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 2、故障指示器 3、通信设备 电力一次设备 电力二次设备 1、配电变压器6、无功补偿与电力电容器 2、开关类7、计量设备（配电箱、电能表） 3、熔断器8、成套设备（箱式变电站、环网柜等） 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 1、控制及直流系统（计算机监控系统、继电保护、直流系统、智能辅助系统、在线监测等） 2、通信及远动系统 输变电 配电网 资料来源：国家电网，国信证券经济研究所整理 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 电线电缆 汉缆股份、中天科技、远东股份、宝胜股份 GIL 平高电气、安靠智电 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 智能电表 海兴电力、炬华科技、三星医疗、东方电子、煜邦电力 变压器金盘科技、江苏华辰、望变电气、新特电气 方电子 所属产业链 上市公司名称 一次设备 变压器 特变电工、中国西电、保变电气 有载分接开关 华明装备 换流阀 国电南瑞、许继电气、中国西电 换流阀控保系统 国电南瑞、许继电气 换流阀冷却 高澜股份 组合电器（GIS） 平高电气、思源电气、中国西电 电容器/电抗器 思源电气、中国西电、平高电气、保变电气 晶闸管 派瑞股份、时代电气 避雷器 金冠电气 绝缘子 大连电瓷 二次设备与系统国电南瑞、四方股份、国网信通、国电南自、东 巡检无人机/机器人南网科技、泽宇智能、亿嘉和、申昊科技 虚拟电厂/综合能源东方电子、安科瑞、朗新科技、国能日新 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 投资结构 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%。 2022年电网投资5006亿元，输变电投资占比96.4%，其中交流投资4505亿元，比上年增长3.7%，占比达到90%，直流工程投资316亿元，比上年下降17.0%，投资占比10%；其他投资占比3.6%。 图6：我国历年电源投资与电网年度投资额（亿元） 直流占10% 交流占90% 电网投资电源投资 6791 线路结构 全国线路投资主要分500kV、220kV和110kV(含66kV)三大类。2009年以来，110kV（含66kV）线路长度规模始终保持最大，每年新增长度在2-3万千米；220kV线路规模居中，每年新增2-2.5万千米，500kV线路规模相对低，处于1-1.5万千米。 2022年，全国新增交流110千伏及以上输电线路长度6万千米，比上年增长15.7%，适应城乡负荷增长和新能源快速发展的220千伏及以下电网建设持续推