特高压输电技术与gis 特高压输电的关键技术

特高压在我国发展现状及未来前景?

我国已完全实现特高压关键装备国产化

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自从1960年以来，俄罗斯、日本、美国、意大利、加拿大等都已开始研究特高压输电技术所涉及的过压、可听噪声、无线电干扰和生态效应等其它领域的技术，且在世界各地建成了大量特高压实验工程，但到目前为止，受制于经济、政策、地理等因素影响，国外未实现大规模商业化使用。此外，部分国家在运营过程中由于运营效益问题最终导致降压运营或停止运营。

自20世纪80年代开始，中国开始进行特高压技术的研究与探索，2009年建成全球第一条1000千伏特高压输电工程，至2021年底，中国已累计建成28条特高压线路，特高压关键装备已实现100%国产化。

特高压设备市场投资规模达300亿元

特高压市场空间达千亿规模。2016-2018年，我国每年特高压工程建设完成投资600~1000亿元。特高压纳入“新基建”还将进一步带动投资规模。根据国家电网计划，2020年初步安排电网投资4000亿元以上，特高压项目投资可分为设备、铁塔、线缆和基建等投资。

具体来看，2018年，我国先后核准并开工5条特高压重点工程，投资建设规模达658亿元;2019年，先后核准并开工2条特高压重点工程，投资建设规模达553亿元;2020年，核准并开工“五交两直”共7条特高压重点工程，投资建设规模达919亿元。经初步统计，2021年，中国特高压投资建设规模约为851亿元。

在特高压项目投资中，设备投资约占25~35%，铁塔与线缆投资和特高压线路长度相关，约占30%，基建及其他投资占35%。在直流设备中，换流变压器、换流阀和GIS(气体绝缘金属封闭开关)投资额较大;在交流设备中，1000kV GIS、变压器和电抗器投资额较大。

以特高压设备占投资额最规模比重35%测算，2020年特高压设备市场规模为322亿元。经初步统计，2021年特高压设备市场规模约为298亿元。

竞争格局：特变电工占据中国变压器主要市场

——交流特高压设备市场

以中标金额计算，2020年我国交流特高压设备市场中交流变压器主要竞争企业分别为中国西电(30%)、特变电工(35%)和保变电气(30%);GIS主要竞争企业分别为平高电气(45%)、中国西电(30%)和新东北电气(20%)。

注：截止2022年5月26日，未有权威机构统计2021年市占率数据，故以2020年数据分析，下同，不再赘述。

——直流特高压设备市场

以中标金额计算，2020年我国直流特高压设备市场中交流变压器主要竞争企业分别为国电南瑞(50%)、许继电气(30%)和中国西电(15%);换流变压器主要竞争企业分别为特变电工(30%)、中国西电(20%)、保变电气(20%)和山东电力设备(20%)。

—— 以上数据参考前瞻产业研究院《中国特高压设备行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

“新基建”中的特高压是什么？

这段时间，新基建火得一塌糊涂，从新闻到股市，从红头文件再到地方项目，新一轮以 科技 端为主的基础设施建设，成了一次下注国运的机会。

和传统的“铁公基”不同，新基建中的七大领域主要在 科技 领域发力，许多专家和媒体认为，特高压是新基建亮点。

然而，很少有能把它说明白。

什么是特高压？

在我国，电压等级一共分为安全电压、低压、高压、超高压、特高压五种，特高压是指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上的交流电，是目前全世界最先进的输电技术。

根据国家电网数据， 一回路特高压直流电网可以输送600万千瓦电量，相当于现有500千伏直流电网的5倍左右，同时输送距离也是后者的2到3倍，还要节省60%的土地资源。

我们知道，中国是一个工业大国，电力产销量一直逐年攀升，但是早期的电力供应并不 健康 。

以2003年为例，全国范围内出现了一场罕见的电荒，全国各省市爆发缺电危机，上海、广东、江苏、浙江等用电大省，甚至包括煤炭资源丰富的山西省，均不断出现拉闸限电的尴尬，湖南一些省市更是直接停电一个月。

受电荒带动，水泥、钢铁等原材料价格也大涨，工厂叫苦不迭，蜡烛脱销，整个中国的发展进程都陷入了被动。

电荒原因有二： 1、煤电两大垄断行业多年扯皮，电力设施发展缓慢，相关投资仅占总投资7%，各地发电资源不平衡。2、经济快速发展，耗煤耗电的重工业发展迅猛，电力需求猛增14%。

痛定思变，电力资源作为国家发展的基石，由此被提升到前所未有的高度。

多年来，国家大力推动石油、风力、煤炭、水利等发电，但是不同地区之间差异巨大，76%的煤炭分布在北部和西北部，80%的水能分布在西南部，绝大部分风能、太阳能分布在西北部，而70%以上的用电需求却集中在中东部。

经济发达的地方闹电荒，电力资源丰富的地方又浪费，实在是旱的旱死，涝的涝死。

我们知道，电力不便于储存，而中国的电力产销量又逐年升高，而 电力是新基建的共同上游，不管是5G、大数据中心、工业互联网还是新能源 汽车 充电桩，这些技术的建设和运行都离不开电力网络。

以5G为例，它的基站数量将是4G的4-5倍，每台基站的耗电量是4G基站的3倍以上，也就是说5G耗电量将会是4G时代的12～15倍以上，这对电力的消耗是空前的！

所以，中国要想在新 科技 领域占据一席之地，发展特高压是大势所趋，它是基建中的基建，是未来 科技 产业的底层保障。

同时，特高压作为一个重大领域，具有产业链长、带动力强、经济 社会 效益显著等优势，能为国家经济托底，为未来几年的经济建设注入强劲活力。

特高压在输电和安全方面，相对于其他有碾压性的优势，但凡一个用电大国，都想办法折腾出点名堂。

在国外，上世纪70年代就开始研发特高压，比如意大利、苏联、日本、美国、加拿大、西班牙等国，但是它们要么国土面积狭小，没办法很好商业化，要么是联邦制，各州之间还有垄断集团抵制，所以纷纷被搁置了。

在我国，又是一个什么样的状况呢？

中国从2006年开始，大规模投入到特高压的研发和建设中，如今已经称得上是世界第一，根据“某企业信息查询平台”数据，我国关于特高压的公开专利共有4366件， 从2006年、2010年和2016年都是显著增长期，这也符合中国近些年的宏观调节节点 ，国家层面的战略高度与投入，与行业发展紧密相关。

截至目前，我国共有25条在运特高压线路、7条在建特高压线路以及7条待核准特高压线路。

“十三五”期间，我国包括特高压工程在内的电网工程规划总投资2.38万亿元，带动电源投资3万亿元，年均拉动GDP增长超过0.8%。

2020是“十三五”的收官之年，根据国网基建部最新口径，国家电网公司 全年特高压建设项目投资规模1811亿元，可带动 社会 投资3600亿元，整体规模5411亿元,同比提供两位数字的增长 ，为经济 社会 发展注入强劲动力。

举个例子，2月28日陕北―湖北的±800千伏特高压直流工程开工，其总投资金额185亿元，预计可直接带动设备生产规模约120亿元，带动电源等相关产业投资超过700亿元，增加就业岗位超过40000个。

目前，从项目招标时间节点及过往特高压项目设备交付节奏来看， 2020、2021年也是特高压设备制造商的交付大年，估算2019-2022年特高压主设备的交付金额预计在87亿元、228亿元、283亿元和34亿元。

那么，在这一波浪潮中，有哪些企业受益呢？

在我国，特高压主要还是以国家电网为主导，具体到执行层面，产业链上下游有十几家大型企业，比如平高电气、国电南瑞、许继电气、中国西电、特变电工等传统主设备供应商，也有长高集团、思源电气等也将受益。

从企业公布的2019年第三季度的财报上来看，营业收入最多的是特变电工，三季度营收254亿，第二名国电南瑞同时间段内营收172亿，是特变电工的68%。其中，九洲电气同时间段内的营收最少，共4.09亿。

在11类主要的设备中，电感器和组合电器的数量最多。

从最近一段来看， 整个特高压板块受到资金的热炒，对于2020年的预期十分高，在有限的设备公司里，特高压中标概率比较高。

在整个产业链中，最主要的设备一共有三类：

1）换流阀：国电南瑞、许继电气与中国西电为龙头，中标率为42%/31%/20%，合计达93%；

2）直流控制保护系统：国电南瑞、许继电气为唯二供应商，中标率为53%/47%；

3）GIS：平高电气、中国西电为龙头，中标率为40%+/20+%；

除此之外，以湖南长沙的长高集团为例，该公司是我国研制和生产高压电器的骨干企业，在断路器和隔离开关上是主要的设备商，也是国家电网、南方电网公司集中规模招标合格供应商，输变电设备的营收占到了整个公司的79.3%。

随着世界范围内，新一轮的 科技 驱动力的增长，电力消耗逐年增长将是一个大趋势。

在中国，能源结构已经发生了一些变化，新能源的发展与特高压逐渐紧密结合，3月22日，国家电网宣布退出了房地产，表示要持续深耕电力领域，实际上算是对下一个时代的一种接力。

长远来看，在整个中国的产业升级中，特高压是直观重要的一环， 能否做到“全网供应、稳定安全、价格低廉”，也将成为新基建中的六大领域在国际分工中的核心竞争力。

而基建一直是中国的强项，如印度、东南亚、非洲、拉美等地区，电力设施等基建一直都是痛点， 在世界贸易结构和一带一路的大主题下，特高压也将和“铁公基”一样，成为中国对外出口和贸易的一张名片。

中国智能电网的基本概念是什么？

智能电网是能够监测分析客户、电网设备及网络节点上电力流与信息流，控制电力流与信息流双向流动，实现电网自主优化运行的新型电力系统。

随着特高压输电技术以及互联网、物联网、云计算、大数据技术的发展，人们对智能电网的内涵、构架、作用的认识不断深化。国家发改委、能源局的《意见》中提到：

智能电网是在传统电力系统基础上，通过集成新能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术，形成的新一代电力系统，具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行。发展智能电网是实现我国能源生产、消费、技术和体制革命的重要手段，是发展能源互联网的重要基础。

国家电网公司对坚强智能电网的表述是：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，以信息通信平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化的特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。也就是说，人可远程指挥调度解决问题，如分析问题、解决问题、发出指令的主体，构建无人值守+集中管控变电站。

可采用图扑软件构建轻量化的 3D 可视化场景，建立动态的数字化变电站模型，数字孪生变电站可视化系统。多维度呈现变电站运维场景，实现变电站运行状态实时监测，运维设备、控制系统和信息系统的互联互通。加强变电站设备的全状态感知力与控制力，增强变电站安全生产保障能力，提高运检精益管理水平。

也提供结合 GIS 地图展示所有变电站点位的解决方案，HT for Web GIS 产品的定位在于运用产品强大的可视化技术，将地理信息系统（ Geographic Information System，GIS ）的数据进行丰富的可视化展示，实现将数量庞大的变电站点位数据呈现在三维地图上。使用 GIS 的好处是可以通过多细节层次（ Levels of Detail , LOD ）的方式加载出更多地图细节，可以直接了解到每座变电站所处具体位置。

采用轻量化三维建模技术，根据变电站现场的 CAD 图、鸟瞰图、设备三视图等资料进行还原外观建模，实现可交互式的 Web 三维场景，可进行缩放、平移、旋转，场景内各设备可以响应交互事件。

hgis与gis的区别

随着电网规模的不断扩大，超高压变电站大量增加。由于环境和占地的压力，我国超高压500kV变电站的主设备的选型就非常重要。目前，我国500kV超高压开关主要有两大类：气体绝缘金属全封闭开关设备GIS和常规敞开式开关设备AIS。GIS具有占地少，运行可靠性高，抗污秽及抗震能力强等特点，但其价格昂贵，故障后短时间难以修复且扩建困难。AIS比GIS价格便宜，但占地面积很大且带电部分外露较多，限制了在变电站面积狭小且环境条件恶劣的地方应用。

GIS介绍

在电力工业中，GIS是指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”（Gas Insulated Switchgear）简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，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、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。

GIS全称气体绝缘组合电器设备（Gas Insulated Switchgear），主要把母线、断路器、CT、PT、隔离开关、避雷器都组合在一起。就是我们经常可以看到的开关站，也叫高压配电装置。

高压配电装置的型式有三种：第一种是空气绝缘的常规配电装置，简称AIS。其母线裸露直接与空气接触，断路器可用瓷柱式或罐式。葛洲坝电厂采用的即是这种型式。 第二种是混合式配电装置，简称H－GIS。母线采用开敞式，其它均为六氟化硫气体绝缘开关装置。 第三种是六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置。其英文全称GAS—INSTULATED SWITCHGEAR，简称GIS。

GIS的优点在于占地面积小，可靠性高，安全性强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。



HGIS介绍

HGIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear）是一种介于GIS和AIS之间的新型高压开关设备。HGIS的结构与GIS基本相同，但它不包括母线设备。其优点是母线不装于SF6气室，是外露的，因而结线清晰、简洁、紧凑，安装及维护检修方便，运行可靠性高。

hgis与gis的区别

HGIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear）是一种介于GIS和AIS之间的新型高压开关设备。

HGIS的结构与GIS基本相同，但它不包括母线设备。其优点是母线不装于SF6气室，是外露的，因而结线清晰、简洁、紧凑，安装及维护检修方便，运行可靠性高。

HGIS是设计来用在较恶劣的环境中的，由于相对GIS少了母线，母线压变，避雷器等设备，尤其是母线，使用起来较为灵活 hgis就是混合型gis，一般gis是把

.GIS技术的进步

从上世纪60年代GIS问世以来，GIS一直处于发展之中，在保持高可靠性的同时，减少材料用量和降低成本。同时在GIS的基础上，最新演变出H-GIS（MTS）即复合式GIS。 GIS的进步主要表现在：

1）断路器技术的发展在增大容量的同时减少断口数是提高断路器和GIS技术经济指标的最主要措施。减少断口数能简化结构，提高靠性，同时减少SF6气体用量和排放量。目前550kV SF6断路器已由双断口发展到单断口。日本三己开发出550kV63kA/50KA单断口SF6断路器，我国最新也开发出550kV 4000A 50KA单断口SF6断路器。

（2）GIS在壳体结构上从分相式-三相共筒式-复合化。

GIS的壳体从分相式发展到三相共筒式，使GIS进一步小型化。目前国际上已做到300kV全三相共简化，550kV母线三相共筒化。复合化是将多个元件运合在一个充气筒内，如将断路器和母线复合为一个充气筒内，又将隔离开关、接地开关、避雷器和电豆互感器由原来多个气筒复合为一个气筒。这样做可使GIS小型化、轻量化。

（3）元件的多功能化，如将隔离开关和接地开关复合成三工位隔离/接地开关，可省略电气操作联锁，不存在DS和ES间各种误操作，显著提高了运行可靠性。

（4）铝合金铸造和加工技术的发展使外形和体积最小化。GIS壳体有钢板卷制、铝板焊接和铸铝结构，以铝合金铸造气密性最好，且能按绝缘要求优化需壳形状。

（5）使用智能化监控和诊断工具以延长维修周期，并避免不必要的工作。GIS智能化技术可对GIS进行在线检测，及早发现故障，防患于未然，又可对GIS进行状态监视，变‘定期维护’为‘状态维护’。这样做大大提高了运行可靠性，同时大大节省了维护费用，因而智能化会带来巨大技术经济效益。因此GIS二次控制从传统的电磁机械式走向智能化，这是电网自动化的需要，也是提高GIS可靠性的需要。



GIS在我国发展势头强劲

GIS是气体绝缘金属封闭开关设备的英文简称。

GIS在我国发展势头强劲。产量大幅增加。据统计2005年550kVGIS的产量为107间隔，而上年仅为8间隔，因此增长13.38倍。252kVGIS的产量为2899间隔，上年仅为2280间隔，同比增长27.1596。GIS生产厂家猛增，国企、合企、民企一起上。据笔者不完全统计，现生产和研制GIS厂家约有20多家，计有：西安西开高压电气股份有限公司、平高集团、上海华通开关厂有限公司、新东北电气（沈阳）高压开关有限公司、北京北开电气股份有限公司、西安高压电器研究所电器制造厂，泰开集团有限公司、正泰电气股份有限公司、上海西安高压电器研究所有限公司，如泉高压电器有限公司、平高一一东芝高压开关有限公司、上海西门子高压开关有限公司、Areva集团公司、益和电气集团股份有限公司、上海平开华明高压开关有限公司、北京华东电气股份有限公司、山东鲁能恩翼帕瓦电机有限公司、维奥输配电（广州）有限公司、江苏现代南自电气有限公司、泰山恒信开关集团、湖北永鼎开关有限公司、天水长城开关厂等。

在这20多个生产厂家中，首先都生产」6kVGIS，也有的生产到252kVGIS。在生产553kVGIS厂家中，外企（合企）主要有ABBSienms、Arewa、东芝、AE Power等企业。国企主要有西开高三电气和新沈高。在2006年中国名牌产品中，西开夏压电气和新沈高的72.5kV及以上气体绝缘金属玄旬开关设备（GIS）被评为‘中国名牌产品’。目前言主占国内市场相当大份额，如占550kV断路器和GIS市场的80％，占252kVGIS市场的50％，占126kV GIS市场的30％。但随着国企实力的增强和民企的崛起，这种局面会得到扭转。

我国已启动1100kV特高压交流输电工程。目前国内三大企业（西开高压电气、平高集团和新沈高）正在积极研制1100kVGIS和H-GIS。

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