2020年中国特高压电器行业概览.pdf
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1、2020年中国特高压电器行业概览概览标签:特高压、超高压、电缆、变电站报告主要作者:林钰翔2020/0422020 LeadL特高压电器是指在特高压线路中实现关合、开断、保护、控制、调节、测量功能的设备。特高压电器包括开关电器、量测电器和限流、限压电器,是电力系统中的核心设备,可在特高压电路中起控制或保护等作用。因此,特高压电器性能优劣将会直接影响电力系统的稳定和运行安全。特高压核心电器有特高压变压器、特高压电抗器、特高压开关、特高压串联补偿装置等。中国特高压电器市场在配电网建设和智能电网快速发展等因素驱动下,特高压电器产能规模将不断扩张,市场份额领先的企业将持续通过扩大产能来拉低单位产品的成
2、本,预计中国特高压电器行业未来五年市场规模(以销售额计)将保持8.3%的年复合增长率增长,到2024年中国特高压电器行业的市场规模将达到2,008.5亿元。新基建需求旺盛中国明确将加速“5交5直”特高压工程以及13项提升特高压通道效率效益的前期工作计划。同时,国家电网提出中国2020年全年特高压电网建设工程投资规模高达1,811亿元,可带动社会投资体量3,600亿元,整体规模5,411亿元,驱动核心特高压电器企业未来2-3年的新一轮增长高峰期。地域性能源差异特高压电器行业是电力行业的重要组成部分,因此,特高压电器的需求与社会用电需求密切相关。伴随着国民经济发展和人民生活水平不断提高,各地区用电
3、需求量越来越高。中国在发展电力基础设施,保证电力建设的背景下,地域能源转移需求将进一步促进特高压电器行业的快速发展。“一带一路”输出电网建设中国政府提出“一带一路”倡议,加强与沿线国家在各个领域的多元化合作,推动中国特高压电器企业走出去。由于“一带一路”沿线国家电力基础设施薄弱,电力技术水平较低,电力建设改造的需求较大。因此,与“一带一路”沿线国家电力深度合作为特高压电器行业带来良好的发展机遇。推荐企业:科林电气、中国西电、特变电工概览摘要32020 LeadL名词解释-03中国特高压电器行业市场综述-07特高压电器定义-08特高压电器分类(1/2)-09特高压电器分类(2/2)-10特高压电
4、器技术分析-11中国特高压电器行业产业链-12上游分析(1/2)-13上游分析(2/2)-14中游分析-15下游分析-16中国特高压电器行业市场规模-17中国特高压电器行业驱动因素-18新基建需求旺盛-19地域性能源差异-20“一带一路”输出电网建设-20中国特高压电器行业相关政策法规-21中国特高压电器行业发展趋势-21特高压电器标准全球化-22产品智能化发展-23目录42020 LeadL产业技术升级-23中国特高压电器行业竞争格局(1/2)-24中国特高压电器行业竞争格局(2/2)-25中国特高压电器行业投资企业分析-25石家庄科林电气股份有限公司-26中国西电电气股份有限公司-27新疆
5、特变电工股份有限公司-28方法论-29法律声明-30目录52020 LeadL气体绝缘金属封闭开关设备(GIS):Gas Insulated metal-enclosed Switchgear(简称“GIS”),可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。接地开关:用于高压与超高压线路检修、电气设备维修时,为确保人身安全,用来人为造成电力系统的接地短路,以达到控制和保护的目的。隔离开关:用于设备检修时,形成明显断开点,可有效地隔离
6、电路的开关设备,以保证工作人员和设备的安全。超高压:行业内认为大于等于330千伏小于1,000千伏的电压等级。特高压:行业内认为的1,000千伏及以上交流和800千伏及以上直流电压等级。断路器:能切合额定电流与故障电流,转换线路,实现对输电线路的控制和保护的开关设备。灭弧介质:将电弧进行消灭。灭弧有多种方法,大多是使用某种气体或者液体来承担灭弧工作,此类气体或者液体被称为灭弧介质。SF6:六氟化硫,一种无色、无臭、无毒、不燃的惰性气体,它的分子量为146.07,在20和0.1MPa时密度为6.1kg/m,约为空气密度的5倍。测量用电压互感器:在正常电压范围内,向测量、计量装置提供电网电压信息。
7、保护用电压互感器:在电网故障状态下,向继电保护等装置提供电网故障电压信息。一带一路:“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的简称,2013年9月和10月由中国国家主席习近平分别提出建设“新丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的合作倡议。电镀:生产工艺的一种类别,在钢铁、电子、精密仪器、航空航天和日用品等各个领域具有广泛的应用。高压开关:在10kV电压等级以上的电力系统中运行的户内和户外开关设备。成套开关设备:由一个或多个开关设备和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备,由制造厂家负责完成所有内部的电气和机械连接,用结构件完整地组装在一起的组合件。组合电器:将两种或两种以上的电
8、器,按接线要求组成一个整体而各电器仍保持原性能的装置。电弧:电流在开断过程中在断口间形成的等离子流。名词解释(1/2)62020 LeadL开关设备:按一定的线路方案将一次设备、二次设备组装而成的成套配电装置,用来对线路、设备实施控制、保护。一次设备:在电网中直接承担电力输送及电压转换的输配电设备,如电缆、高压开关、变压器、互感器等。二次设备:为保护输配电一次设备正常运转及电网监控调度的各种保护、监测及自动控制设备。智能电网:Smart Grid,智能网格或智能网。国家电网将其定义为:以物理电网为基础,在中国以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础,将现代化先进的传感测量技术、
9、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。光电互感器:利用光电子技术和光纤传感技术来实现电力系统电压、电流测量的新型互感器。属于光学电压互感器(OVT)、光学电流互感器(OCT)、组合式光学互感器等各种光学互感器的通称。名词解释(2/2)82020 LeadL特高压电器是指在特高压线路中实现关合、开断、保护、控制、调节、测量功能的设备。特高压电器包括开关电器、量测电器和限流、限压电器,属于电力系统中的核心设备,可在特高压电路中起控制或保护等作用。因此,特高压电器性能优劣将会直接影响电力系统的稳定和运行安全。特高压电器主要包含特高压变压器、换流阀、控制保护系统、
10、特高压并联电抗器、特高压开关、特高压串联补偿装置、特高压互感器、平波电抗器、特高压电容器、避雷器、绝缘子、套管、导地线等。其中,特高压核心电器有特高压变压器、特高压电抗器、特高压串联补偿装置等。特高压电网指交流1,000千伏、直流800千伏及以上电压等级的输电网络,它的最大特点是可以长距离、大容量、低损耗输送电力。由于中国76%的煤炭资源在北部和西北部,80%的水能资源在西南部,70%以上的能源需求在中东部,普通电网的传输距离只有500公里,目前已无法满足中国各地区实际传输需求。特高压的大规模运用可提升中国电网的输送能力,传输效率相当于现有500千伏直流电网的5-6倍,而送电距离也是后者的2-
11、3倍,效率得到极大提高。此外,据国家电网测算,输送同样功率的电量,若采用特高压线路输电可比采用500千伏高压线路节省60%的土地资源。特高压电器是指在特高压线路中实现关合、开断、控制、调节、测量功能的核心设备,可在特高压电路中起控制或保护等作用中国特高压电器行业市场综述特高压电器定义特高压分析:特高压线路建设现状分析特高压电器定义特高压电器定义分析:来源:国家能源局,电力规划设计总院,头豹研究院编辑整理电器结构开关电器量测电器限流电器限压电器电器类型特高压变压器特高压换流阀控制保护系统特高压电抗器特高压串联补偿器核心作用在特高压电路中起控制或保护等作用直接影响电力系统的稳定直接影响电力系统的运
12、行安全257710431532051015202530在运在建待核条中国特高压线路中国特高压交流线路中国特高压直流线路驱动特高压电器产品增长92020 LeadL直流特高压设备主要包括换流变压器、换流阀及控制保护系统等。其中,直流特高压关键设备包括换流变压器,换流阀,控制保护系统和平波电抗器中国特高压电器行业市场综述特高压电器分类(1/2)直流特高压电器分类直流特高压关键电器直流特高压电器主要包括:换流变压器、换流阀及控制保护系统、直流滤波器、直流开关设备、直流测量设备和直流避雷器。其中,直流特高压关键电器包括换流变压器,换流阀,控制保护系统和平波电抗器。换流变压器:直流输电系统中核心设备之一
13、,占特高压直流总投资比例为25.4%。换流变压器可实现交流电与直流电之间的相互转换,换流变压器的主要作用为改变电压、提供30度的换相角、实现交直流电压隔离等。换流阀:直流输电系统的核心部件,占特高压直流总投资比例为27.6%。换流阀是由单个或多个换流桥组成,其功能为进行交、直流电相互转换。换流阀可分为整流器和逆变器,整流器是将交流电转换为直流电,而逆变器是将直流电转换为交流电。目前,中国多数高压直流输电系统采用小阀,其主要作用是将交流电力变换成直流电力(整流器),将直流电力变换成交流电力(逆变器)。GIS:气体绝缘全封闭组合电器,占特高压直流总投资比例13.5%。GIS是由断路器、隔离开关、接
14、地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成的高压配电装置。上述设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中,并在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体。直流控制保护系统:占特高压直流总投资比例约16.3%。控制保护系统的功能是利用数据在线分析特高压稳定性,包括暂态功角稳定、小信号稳定、频率稳定、暂态与长期电压稳定、低频振荡、次同步振荡以及确定实时输电能力并分析故障风险以及优化控制决策,进一步避免因仪器故障引起的问题。其他设备,占特高压直流总投资比例约17.2%。中国在特高压直流输电工程实践过程中,已成功研制出800kV/5,300A的特高压直流转换开关,全系列换流站避雷器和线路避雷器,交直流滤波
15、器和宽动态响应的直流电压测量装置。来源:国家电网,头豹研究院编辑整理直流电器分类换流阀换流变压器GIS直流控制保护系统其他设备占特高压直流总投资比例25.4%占特高压直流总投资比例27.6%占特高压直流总投资比例13.5%占特高压直流总投资比例16.3%占特高压直流总投资比例17.2%实现关键设备封闭整合处理分析故障风险以及优化控制决策直流滤波器和宽动态直流电压测量核心作用实现交、直流电压相互转换实现交直流电压隔离及提高换电阻抗102020 LeadL特高压交流电器主要包含变压器、并联电抗器、开关、串联补偿装置等。其中,交流特高压关键电器有特高压变压器、并联电抗器、串联补偿装置、断路器中国特高
16、压电器行业市场综述特高压电器分类(2/2)特高压交流电器分类交流特高压关键电器特高压交流电器主要包括:变压器、并联电抗器、开关、串联补偿装置、互感器、电容器、避雷器、GIS、绝缘子、套管、导地线和杆塔等。其中,交流特高压关键电器有特高压变压器、并联电抗器、断路器、串联补偿装置。变压器:按用途分,升压变压器帮助电力从低压升为高压,后经输电线路向远方输送。降压变压器保证电力从高压降为低压,再由配电线路对近处或较近处线路供电。特高压变压器的需求主要是由于中国能源基地与用电负荷中心的地理分布不均衡所决定的,能源基地与负荷中心需求不一致,导致能源必须在中国范围内进行优化配置,因此,特高压变压器设备需求空
17、间较大。目前,中国已攻克特高压变压器全场域电场控制、无局放绝缘设计、减振降噪、温升控制等技术难题,在世界上率先研制出单相三柱式特高压变压器。电抗器:特高压电抗器通过补偿输电线路中过剩的电能,可有效地抑制特高压输电线路的容升效应、操作过电压、潜供电流等问题,进一步降低线路损耗,提高电压稳定水平及线路传输功率。断路器,断路器在特高压设备中属于核心设备,可用于切合正常运行条件下的负荷电流。断路器可在短路故障情况下,自动切断短路电流。在高压供配电系统中,切断短路电流的同时产生强烈的电弧,所以特高压断路器具有可靠的灭弧装置。因此,特高压断路器属于一种能够实现控制与保护双重作用的电器设备。广泛用于电力系统
18、的发电厂、变电站、开关站及用电线路上。串联补偿装置,该设备可进一步提升电力输送能力。目前,中国交流特高压工程采用了串联电容补偿技术,解决了二次系统抗强电磁干扰、超大容量电容器组的设计和保护、火花间隙通流及动作可靠性、限压器压力释放及均流、旁路开关快速开合以及阻尼装置等关键技术问题,成功研制出特高压串联补偿装置。来源:电力规划设计总院,国家电网,头豹研究院编辑整理设备企业占比企业评分(A、B、C)GIS平高电气40%、中国西电25%平高电气(A)、中国西电(C)组合电器平高电气35%、中国西电15%平高电气(B)、中国西电(A)互感器中国西电32%、思源电气21%中国西电(A)、思源电气(C)断
19、路器中国西电56%、许继电气25%中国西电(B)、许继电气(C)电抗器国电南瑞40%、许继电气35%国电南瑞(A)、许继电气(C)变压器中国西电35%、特变电工13%中国西电(A)、特变电工(B)电容器中国西电15%、思源电气10%中国西电(B)、思源电气(C)交流特高压分类变压器开关补偿装置互感器电容器避雷器绝缘子套管导地线金具杆塔电抗器特高压交流电器评级分析112020 LeadL特高压换流站电器主要面临的关键问题有以下几类:(1)换流站污秽等级较高而造成特高压电器绝缘等问题。特高压电器的污染在直流场事故中占很大比重,属于重点需要解决难题。根据以往工程经验以及试验研究,由于直流场的吸污特性
20、,特高压直流电器的爬电距离约为同等污秽条件下特高压交流电器爬电距离的2倍。随着城市化和工业化的发展,特高压直流换流站污秽已达级甚至级水平,按此要求爬电距离需达到70毫米/千伏或更高的要求。在特高压电压下,按标准要求的爬电距离设计,电器已超过现有制造或运行能承受的高度。国家电网首次提出800千伏、4,000安培系列特高压直流工程方案。特高压换流站电器主要面临的关键问题有换流站污秽等级较高而造成特高压电器绝缘,此外,因输送容量大,特高压可造成高端换流变压器体积变大(2)由于电压等级升高,换流变压器阀侧绕组、出线结构和套管的内绝缘问题将是需要解决的主要难题之一。阀侧绕组承受较高的交直流混合场强,需使
21、用大量的绝缘成型件等绝缘材料。(3)因输送容量大,特高压可造成高端换流变压器体积大,运输重量增加,例如高端换流变压器最大重量可达360吨/台。(4)当电网正常运行时,1,000千伏特高压线路,运行电压也被称为稳态电压,而过电压则是一种瞬态电压,只在某个瞬间突然出现。电网里日常的线路、变压器、并联电抗器的投切、分合闸、线路故障等都会引起线路的过电压。实际上,特高压允许运行电压升高的裕度相对较小,当电压为500千伏时是2.0倍,750千伏是1.8倍,1,000千伏特高压时只有1.6倍的裕度。来源:国家能源局,电力规划设计总院,头豹研究院编辑整理特高压绝缘问题特高压换流站电器关键问题输送容量过大内绝
22、缘问题城市化工业化特高压直流换流站污秽爬电距离特高压直流工程方案变压器体积大电压裕度相对较小达到级甚至级水平需达到70毫米/千伏或更高的要求800千伏4,000安培电压等级升高换流变压器阀侧绕组出线结构套管阀侧绕组承受较高交直流混合场强运输重量增加变压器最大重量达360吨/台电压500千伏750千伏1,000千伏裕度2.0倍1.8倍1.6倍特高压电器技术分析中国特高压电器行业市场综述特高压电器技术分析122020 LeadL特高压电器产业链结构中国特高压电器行业产业链特高压电器提供商采用上游原、辅材料生产特高压电器设备,负责特高压交流项目建设以及特高压直流项目建设,最终提供给下游终端客户中国特
23、高压电器行业的产业链可分为三部分。特高压电器产业链上游主要涉及原材料,上游市场主要参与者为原材料供应商。特高压电器的原材料主要包括传感器、金属材料、绝缘材料、电子元器件等。特高压电器原材料供应商单一,导致上游厂商议价能力较强。中游环节涉及中国特高压电器制造,主要参与者为特高压电器生产制造商,是特高压电器技术的所有者,主要负责特高压电器的生产、销售、研发和售后服务。特高压电器厂商需求主要来源于特高压交流项目建设以及特高压直流项目建设。特高压电器下游行业的需求直接影响行业发展状况。特高压电器生产企业的下游应用主要分为电网建设和用户工程。特高压电器行业下游市场具有一定的封闭性,特高压电器企业产品的9
24、0%用于电网建设,因此,行业下游议价能力较强。来源:电力规划设计总院,头豹研究院编辑整理上游原材料供应商特高压电器生产制造商特高压电器采购商中游下游传感器占成本8.2%金属材料占成本15.9%绝缘材料占成本6.2%电子元件占成本5.3%单条线路的变电站数量4个2组(6台)运行变压器7-9台GIS2组(6台)高压电抗器1-2台备用变压器电网建设用户工程原材料约占特高压电器总成本50%-60%下游市场具有封闭性,特高压电器企业产品90%用于电网建设,因此行业下游议价能力强 直流特高压电器989亿元 交流特高压电器511亿元投资比重:24%投资比重:18%投资比重:16%投资比重:5%线路长度600
25、-800公里单条线路的变电站数量4个132020 LeadL中国特高压电器产业链的上游主要涉及特高压电器的原材料,上游的主要参与者为特高压电器原材料供应商。特高压电器的原材料主要包括传感器、金属材料、绝缘材料、电子元器件等。特高压电器的上游行业主要影响特高压电器企业的原材料成本。原材料成本约占特高压电器总成本的20%-30%。特高压电器原材料供应商众多,议价能力较弱。具体情况如下:传感器是用感应或电容等方式将特高压端的状态信号转换成二次低压信号传输给显示器的特高压元件。特高压电器中所使用的传感器主要以中低端传感器为主。目前,中国传感器中小企业生产的产品主要集中在中低端传感器,因此,市场竞争格局
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