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 0108800531301088005231 wangweiqi2guosencomcnwangxiaoshengguosencomcnS0980520080003S0980523050002 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，2022年CAGR为14，但同期电网投资缺滞后于电源投资，2022年CAGR为3。 输变电设备市场分析：年均市场空间14001800亿元，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14001800亿元，110kV以下电压等级市场规模4565亿元。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4080亿元之间，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20232025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70130亿之间波动；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 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0205Hz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、038 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（110kV220kV 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） 10 022 620 35 215 2050 110 1050 50150 220 100500 100300 330 200800 200600 500 10001500 150850 75020002500500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380220V，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964，其中交流投资4505亿元，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36。 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23万千米；220kV线路规模居中，每年新增225万千米，500kV线路规模相对低，处于115万千米。 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157，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进。全国新投产直流输电线路2223千米，同比下降217。 5373 5530 5009 5244 5006 4699 4951 4058 3319 2721 2054 容量结构 大部分年度220kV变电容量规模占比较