电力设备行业报告：智能变电站逐步推进_未来二次设备龙头企业与主要一次设备企业受益-2012-09-25.ppt

电力设备及新能源 | 证券研究报告 板块最新信息2012 年 9 月 21 日 中立电力设备行业报告 公司名称 许继电气 国电南瑞 平高电气 长园集团 四方股份 思源电气 国电南自 特变电工 中国西电 东方电子 股票代码 000400.ch 600406.ch 600312.ch 600525.ch 601126.ch 002028.ch 600268.ch 600089.ch 601179.ch 000682.ch 目标价 人民币 23.40 人民币 23.70 人民币 8.64 人民币 9.45 - - - - - - 评级 买入 买入 买入 买入 未有评级 未有评级 未有评级 未有评级 未有评级 未有评级 智能变电站逐步推进，未来二次设备龙头企业 与主要一次设备企业受益 智能变电站渐成主流，但真正 “智能化” 的效果欠佳，新技术推广应用也 比较谨慎。当前阶段的智能化主要体现为支持新标准的保护、自动化等设备 及系统需求，二次设备企业受益。新一代智能变电站方案将出台，其发展重 点可能在智能一次设备与信息化集成应用方面。目前二次各类子系统已经成 熟，电力信息系统可能逐步从孤立应用走向一体化大平台、大系统应用，二 次龙头企业的竞争优势将更加无可撼动；而随着技术的进步与成熟，新型一 体化、紧凑型一次设备及电子式互感器有望推广，一次设备企业盈利能力有 望逐步改善。 我们的观点有何不同?主要观点 不能脱离电网建设趋势孤立研究智能变电站； 智能变电站将分层次推行，目前完全新增的市 场比较有限； 在线监测的大部分产品仍处于标准化过程中； 当前阶段，二次设备企业受益于智能化设备溢 价及新增智能组件市场； 二次龙头企业未来可能在电力信息一体化及 电子式互感器方面寻找增长； 一次龙头企业有望发展成为更大的集成商，并 挤压配套企业盈利空间，但过程较缓慢。 小型二次设备企业面临压力，未来可在一二次 融合与网外自动化/控制领域寻找增长。 主要催化剂/事件 已完成标准化的智能设备推广力度加强； 新一代智能变电站方案可能出台； 风险提示 用电需求放缓，电力行业整体投入萎缩； 电力体制发生重大改变； 出现安全事故，后期智能化推广慢于预期； 智能站是传统站与数字化站的延伸：智能变电站并不是完全新生的事 物，其主要的发展方向与数字化变电站基本一致，对比数字化变电站而 言，智能变电站主要新增的是高级应用。 分层次推行，智能设备新增市场近期比较有限：智能二次设备已能满足 应用要求，但智能一次设备尚不够成熟，仍将延续靠智能组件实现智能 化的方案。近期智能化需求主要是支持新标准的保护、自动化设备，以 及为实现一次设备智能化的智能组件，新增智能设备投入占比不太高。 在线监测处于标准化阶段，其余高级应用尚需时日：在线监测自身硬件 及系统尚不够稳定，目前仅变压器监测等产品完成了标准化。标准化完 成后，市场有望放大，但其市场未来可能被上游一次设备企业与负责下 游集成的二次系统分割。 当前阶段，主要体现为二次智能产品及系统溢价，二次企业受益：兼容 新标准的二次设备较传统设备有一定溢价，同时目前用二次弥补一次的 过渡方案也创造了一部分二次设备需求，二次设备企业受益。 新一代智能变电站标准的推广重点将在智能一次设备与信息集成应用 方面，未来主要一次设备企业有望成为更大的集成商，而二次龙头企业 在信息集成应用上的竞争优势将更加不可撼动：电子式互感器与一体化 断路器的应用有望先于其余一次设备，在一体化产品中，断路器与变压 器等一次设备企业可能压缩配套企业的利润。电网现行模式要求信息系 统实现大平台、综合化，61850 标准的推行使得大平台集成应用成为可 能，预计各子系统可能从孤立应用走向融合，信息系统产业可能进入“数 家争鸣”时期。 大二次领域集中度变化可能出现分化：大二次领域集中度在中短期的走 中银国际证券有限责任公司 具备证券投资咨询业务资格 工业: 电力设备及新能源 刘波* (8621) 2032 8929 证券投资咨询业务证书编 号：s1300512020001 _ *游家训为 本报告重要贡献者 势可能有所不同；继电保护等单个功能性产品，随着新标准的推行可能 出现市场格局的变动；但在监控自动化等信息系统方面，市场集中度提 升的趋势将比较确定。 投资建议 二次设备企业目前享受智能产品溢价，未来还可能在二次集成与电子式 互感器应用中寻找增长，推荐买入国电南瑞、许继电气、长园集团，建 议重点关注四方股份、国电南自、东方电子。 主要一次设备企业可能受益于一体化设备推广，但其盈利改善过程相对 较慢，推荐买入平高电气，建议重点关注思源电气、特变电工、中国西 电。 中银国际研究可在彭博 bocr ， 以及中银国际研究网站 ( .)上获取 2 目录 投资摘要 3 序. 6 认识智能变电站 . 7 智能变电站是数字化变电站的延伸 7 主要构成及关键技术 9 智能变电站应用理想与现实的差距. 11 网络化二次设备趋于成熟. 11 当前阶段，二次设备企业受益于智能溢价与新增市场需求 12 智能一次设备处于摸索阶段 . 13 电子式互感器，稳定性有待提高 15 高级应用，任重道远 17 智能化实施方案，考虑到安全而进行折中的过渡模式占据主流. 19 新一代智能变电站，静候标准化完成. 21 新一代智能变电站方案可能出台 21 二次信息系统，从“百花齐放”到“数家争鸣” 21 一次设备一体化有利于主要一次设备企业做大 24 “集约化”发展模式，对企业盈利影响深远 27 二次设备集中度中短期变化可能呈现分化 . 29 “强者更强”的市场格局下，小型二次企业的出路. 30 二次设备市场分析 . 31 二次设备市场容量测算 31 行业集中度分析 . 33 设备企业及产品对比 35 epc 可能进一步改变输变电设备企业生态. 36 研究报告中所提及的有关上市公司 38 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 3 投资摘要 不能脱离电网建设大环境孤立地研究智能变电站 首先，智能变电站仍然是传统变电站与数字化变电站的延伸，智能变电站建 设带来的新增的设备需求目前还比较有限，更多的是传统变电站设备市场在 信息化、数字化层面的升级。 另一方面，提供智能变电站设备的企业仍然多是传统变电站设备企业，尽管 智能站建设可能带来一些新标准设备的需求，但传统设备市场可能出现“此 消彼长”式的萎缩，单独测算新增智能设备对研究企业成长的意义不大。 新一代标准可能出台，但完成标准化才是规模发展的前提 保护、自动化等主要的二次设备与系统已基本完成了标准化，因此保护、自 动化等智能二次设备推进较快；但最具意义的过程层设备智能化不成熟，变 电站的智能化多局限在站控层与间隔层，导致智能变电站整体进展逊于预期。 智能变电站新一代标准与规范有望推出，智能变电站的标准化过程可能加快， 但“安全可靠，成熟适用，经济合理”是其推广准则，在智能一次设备成熟 前，新建和改造都将延续目前用二次弥补一次的过渡方案。在电力这样成熟 庞大的工业体系中，一代标准的完成往往需要较长的时间。 二次龙头企业将继续受益 现阶段智能变电站建设主要受益者为电力二次设备企业，一方面智能保护与 自动化设备较传统设备有一定溢价，另一方面，因为一次设备智能化程度低， 采用附加的二次智能组件完成智能化功能成为主要的过渡方式，也创造了一 部分市场需求（但当智能变电站应用比例提升至一定阶段后，溢价过程可能 告一段落）。 目前变电站的测控、计量、录波、在线监测等子系统都侧重于细分功能的孤 立应用，随着 iec61850 标准的推进，孤立的信息系统走向综合平台上的应用 成为可能，未来子系统可能在新标准下向集中平台集成。对 iec61850 标准的 理解、消化对中小企业来讲是一道门槛 ，而大平台构建、大系统承接也给研 发设计 、工程实施、资本支撑能力提出了更高的要求，现有二次龙头 企业可 能进一步扩展总包能力，并压缩 分包二次企业的盈利空间；二次信息系统走 向集中是可见的趋势 ，但继电 保护等单个功能性产品在新标准推行过程中又 可能出现市场格局的变化。 由于二次企业在电子式互感器的研发方面具有一定优势，电子式互感器的市 场未来可能主要由二次设备企业主导；同时，电网业运营模式变化还将带来 调度、运维、营销业务方面的的新型信息系统业务需求，预计二次龙头企业 有望持续受益。 主要一次设备企业将受益于一次设备一体化 新一代智能变电站标准有望形成和逐步完善，在产品上，其研究与推广重点 可能在电子式互感器、一体化断路器、二次系统一体化集成/融合方面。 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 4 一次设备领域很难看到新的革命性进步，二次设备与系统向一次集成并实现 就地化是长期的发展方向（也是国外大型电力设备企业的发展模式），但由 于国内电力设备企业在旧体制下保持严格分工，一次设备企业普遍严重缺乏 二次研发能力，因此一、二次集成化应用暂时看不到规模推广的产业基础。 断路器、隔离开关、接地开关、互感器等相关一次设备之间的一体化目前已 经在 gis 场合取得广泛应用，未来在 gis 及敞开场合加大推广具有可操作性。 考虑到未来城镇电 力建设用地日渐稀缺，而电网企业作为运营管理方未来必 将出现对检 修业务 的淡化，未来断路器等一次设备 的一体化、小型化将加快 推广并成为主流。我们预计 断路器、变压 器等主要一次设备 企业可能成为更 大的集成商，并压缩 配套一次及部分二次设备 企业的盈利能力，但该过 程可 能相对较缓 慢。 一次、二次设备 融合的大趋势 不会改变，国内输变电设备 企业可能采取合作、 重组等方式弥补各自的不足，逐渐改变目前过于单一的发展方式。 电子式互感器具有技术经济性优势，一旦其性能成熟可靠，未来有望成长为 较大的产业链，但该产业发展未来更可能为主要的二次设备企业主导。 小型二次设备企业可在一二次融合、网外自动化上寻找增长 电力信息系统从孤立的专业应用走向大平台集成应用是必然趋势，专注于某 个细分领域的小型企业可能在技术储备、工程实施能力与资本支撑能力方面 面临压力。但在一、二次设备的深度融合，特别中低压设备领域的一二次融 合方面，小型二次设备企业与大型企业处于相近的跑线上；同时，在电网之 外，如油、气领域许多应用与电力相似，但国产率非常低。如果电力设备企 业能围绕自身的优势产品与技术，在一二次融合与网外监控自动化市场找到 合适的切入点，则有望寻找到新的增长引擎。 epc 模式可能改变输变电设备企业的生态 epc 模式是国际电 力工程最常见的模式，该模式未能在国内电网工程成为主流 主要是设备企业、建设企业实施能力不够。随着国内大型设备企业的产业链 布局日趋完整，工程实施能力成熟，未来变电站建设中 epc 模式可能逐渐成 为重要的方式。当前可能以大二次总包与设备总 包为主，具有一次、二次整 合制造能力的企业有望从中受益。 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 5 投资建议 二次龙头设备企业持续受益，随着信息系统将走向集成应用，龙头企业竞争 优势将更加不可撼动：二次设备享受智能溢价，未来还可能在二次集成与电 子式互感器应用中寻找增长；推荐买入国电南瑞、许继电气，推荐买入长园 集团，建议重点关注四方股份、国电南自、东方电子。 主要一次设备企业盈利有望逐步改善：部分一次设备之间的一体化具有可操 作性，伴随“一体化、小型化”一次设备的推广，主要一次设备企业可能成 为更大的系统集成者，并压缩上游企业的利润空间，推荐买入平高电气，建 议重点关注思源电气、特变电工、中国西电。 图表 1. 重点推荐公司估值（2012 年 9 月 20 日收盘价）* 公司代码评级 市值 (亿元) 价格 (元) 每股收益 (人民币) 2011 2012e 2013e2011 市盈率 (倍) 2012e 2013e 净利润增长率 (%) 2011 2012e 2013e 许继电气 国电南瑞 000400.ch 600406.ch 买入 买入 63.74 263.90 16.85 16.75 0.41 0.54 0.78 0.79 1.10 1.16 40.73 30.87 21.60 21.20 15.32 14.44 6.70 64.80 88.53 45.62 41.03 46.84 平高电气 600312.ch 买入 60.937.440.020.160.43350.06 46.5017.30382.96 652.82 168.75 长园集团 600525.ch 买入 49.395.720.770.350.507.4316.3411.44246.55 (54.54)42.86 四方股份 思源电气 国电南自 特变电工 601126.ch 002028.ch 600268.ch 600089.ch 未有评级 未有评级 未有评级 未有评级 71.36 57.47 40.15 153.39 17.55 13.07 6.32 5.82 0.53 0.35 0.36 0.47 0.77 0.51 0.27 0.52 1.01 0.68 0.36 0.62 32.94 37.36 17.50 12.48 22.90 25.41 23.31 11.29 17.45 19.11 17.74 9.42 41.18 (72.25) 71.98 (23.71) 43.82 47.04 (24.94) 10.53 31.25 32.95 31.43 19.90 中国西电 601179.ch未有评级143.353.29(0.12)0.050.14(27.67) 66.7323.33(181.03) 141.46 186.00 东方电子 000682.ch未有评级31.503.220.020.050.10144.77 65.0531.328.17(122.55) 107.68 资料来源：公司数据及中银国际研究 说明：1、未有评级公司的盈利预测，均采用市场一致预测数据。 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 6 序 本报告的初版，早在去年年中即已完稿，但因技术细节论述太多，产业分析 太少，可读性不足。 所幸，报告中关于在线监测、电子式互感器、智能一次设备等主要产业发展 的判断已基本为行业实践所验证，而对在线监测及电子式互感器的技术担 忧，目前仍然是影响其推广的主要阻力。 从纯技术路线出发，能得到相对接近现实的判断，可能与电力行业对安全稳 定关注更多有很大关系。技术是把双刃剑，一定的技术常识可以甄别谎言、 避免陷阱，但过度痴迷技术又一样可能得到完全错误的判断，特别在市场切 换频繁、技术更新快的行业。 中国电力行业同中国经济一样，也走近了一个十字路口，如此庞大且成熟的 行业，至今仍未参加社会化大分工，因此现行体制与发展模式都存在较大的 变革可能性，单从技术角度出发预判一个行业的走势是十分危险的行为。 但是，如果能对技术前沿、产业实际进度与行业规律有比较综合的理解，同 时能意识到强势甲方的真实意图，就可能在执意放大局部的、暂时的技术困 扰而拒绝改变的极端与无视产业基础与体制现状而盲目相信口号的极端之间 寻找到相对冷静的平衡，并在此基础上作出相对客观的趋势性判断。 正是基于这样的原则，我们对智能变电站建设中一些产品和市场进行了讨 论，并结合国内电力设备行业的产业化实际，作出了一些相对保守的预测。 由于主要相关上市公司已为市场所熟悉，且我们对主要上市公司的判断未有 改动，本报告不附录相关上市公司的研究报告。 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 7 认识智能变电站 智能变电站是数字化变电站的延伸 从纯技术层面来看，智能变电站并没有里程碑式的变革，其主要理念基本还 是数字化变电站内涵的延伸。在数字化变电站刚刚在中国电网企业应用不到 7 年时间的情况下，电力工业界对智能变电站理念的理解似乎也比较含糊。 一些观点认为：数字化变电站+智能一次设备+高级应用即为智能化变电站， 但实际上，智能化变电站的核心要素（智能化一次设备、网络化二次设备以 及在此基础上的可视化、状态检修）都在数字化变电站中有明确的体现。 图表 2. 变电站自动化系统发展历程 变 电 信息孤岛林立，信息难共 享 标准不统一，不能互操统一标准、规范技术 数 功能集成不够 功能一体化 智 站字能 综 合 ied数量多，电缆 布线复杂 二次网络化 化 变 互动不够、共享不够 全过程层网络化 化 变 自电电 动 化 一、二次未完全隔离 ct、pt有安全隐患 一次智能化、测量数字化 站 信息高级应用缺乏 高级功能应用 站 资料来源：中银国际研究 时至今日，我国很多变电站仍然处 于过渡阶段（或者部分间隔未实现 综合自动化）和综合自动化阶段， 要完全完成向综合自动化阶段的 升级，也将是一个长期过程 2012 年 9 月 21 日 智能变电站的产业化背景：得益于现代计算机技术、通信技术的飞速发展， 变电站的二次设备发生了翻天覆地的变化，也极大地提高了电力工业的生产 效率。囊括了保护、监控、远动、计量等功能的变电站自动化系统，在过去 的几十年中，经历了从初级到综合自动化系统的飞速发展。 相比之下，一次设备的发展比较缓慢，较大的进步算是近年来 gis 组合电器的 成熟和应用，更早一些的则是 sf6 断路器设备 的普及。 电力系统的一次设备 系统已经比较成熟，它的进步要更多地依赖于新材料的 应用和电磁学理论的进步。目前变电 站一次设备 的进步，主要是在二次系统 的辅助下，对操作机构、控制结构等辅助部分进行的自动化改进。 智能变电 站反应了传统变电 站的发展诉求：综合自动化的应用取得了比较广 泛的认可，但是部分固有问题仍然未解决，自上个世纪九十年代中期开始， 西方国家工业界和学术界开始研究以“统一标准”来规范变电站设备，促进 一次、二次设备的融合，实现一次设备智能化和二次设备网络化。2003 年， 数字化变电站的标准 iec61850 第一版正式颁布，2006 年，我国有数个基于 iec61850 标准的数字化变电 站投运。 总的来讲，智能变电 站更多地考虑了变电 站的建设与生产方式，考虑了实现 数字化手段所要实现 的现实 意义和效果。从电力工业界特别是变电 站业务发 展来看，智能变电 站表达了电网企业的一些内在诉求。 官方定义：智能变电 站是以数字化变电 站为依托，通过采用先进的传感器、 电子、信息、通信、控制、智能分析软件等技术，建立全站所有信息采集、 传输 、分析、处理的数字化统一应用平台，实现变电 站的自动运行控制、设 备状态检 修、运行状态自适应、分布协同控制、智能分析决策等高级应 用功 能，提高管理和运行维护 水平。 电力设备 行业报 告 进步 缺陷 8 图表 3.数字化变电站与智能变电站特点比较 数字化变电站 一次设备智能化：电子式互感器、信息采集数字化、智能开关等一次设备 二次设备网络化：标准数字化接口、光通讯网、交换机 设备互操作：数据同步、整合，61850数据建模、信息交换统一标准 信息共享与应用：在线监测、信息可视化、程序化控制、故障恢复等应用 智能变电站 一次设备智能化：电子式互感器、信息采集数字化、智能开关等一次设备 二次设备网络化：标准数字化接口、光通讯网、交换机 数据交换标准化：数据同步、整合，61850数据建模、信息交换统一标准 设备检修状态化：一次设备在线监测、设备状态检修 管理运维自动化：程序化控制、智能分析决策、运行状态自适应 建设标准化：设计规范，一/二次设备技术规范，通用设备与通用设计 资料来源：中银国际研究 图表 4. 变电站自动化的新发展 初级阶段过渡阶段综合自动化 特点 新技术 增加rtu 实现“三遥” 保护、自动装置、变送器、 rtu 实现从看到数据到控下去的 “三遥” 系统功能不强， 设备职能重叠， 整体性能、可靠性低 集中式 功能为导向形成独立系统信 息部分共享 通信系统， 功能独立的信息采集单元、 保护单元、监控单元 具备在线功能，功能完善， 局部故障不影响其它模块运 行，便于维护 连接电缆多，系统较复杂， 串口通信系统可靠性不高， 信息未充分集成、共享 面向对象，分层分布式 各功能由现场元件独立实现 信息部分共享 后台机， 以太网，现场总线网 简化二次设备配置 ， 简化设备连线，节省电缆 通用性、开发性不够， 信息不能充分共享； ied太多，接线复杂； 一次、二次未完全隔离 资料来源：中银国际研究 图表 5.传统变电站构成 资料来源：中银国际研究 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 图表 6.智能变电站构成 资料来源：中银国际研究 9 主要构成及关键技术 过程层设备是智能变电站的关键：过程层设备直接决定着变电站整个系统所 能达到的智能化水平，没有过程层的网络化就不可能实现智能变电站的高级 应用。 从特点上看，智能变电站主要特点的描述中，一次设备智能化、二次设备网 络化、设备检修状态化的实施主体都在过程层设备上；管理运维自动化的实 施，除开电力生产模式外，目前主要的瓶颈在于过程层设备上。 从构成来看，新增智能设备部分大都在过程层。智能变电站的站控层与间隔 层设备与系统，与其说是新增智能设备或系统，不如说是在智能变电站标准 要求下的升级。 从技术难度上看，站控层的难度在于高级应用，当然这部分功能也需要建立 在过程层设备的有力支撑上；间隔层设备的目标是继保、测控、计量等二次 设备的网络化；过程层设备包括电子式互感器、智能高压设备与各类智能组 件等，因为直接参与电网运行，直接关系到电力系统的运行方式，这部分设 备的性能要求最多、最复杂、最难，也饱受争议。 图表 7.智能变电站主要设备分类 电子式电流互感 智能开关 2012 年 9 月 21 日 一次设备 二次设备 通讯网络 其他 资料来源：中银国际研究 电力设备行业报告 电子式电压互感 智能高压设备 智能组件 测控装置 表计 故障录波 继电保护 goose网 smv网 交换机 校验设备 检测与评估设备 智能变压器 其他高压设备 智能终端 合并单元 传感器 其他集成ied 线路保护 母差保护 变压器保护 其他保护 测控装置 10 图表 8. 智能变电站关键设备与技术 智能变电站综合技术标 设备层关键设备 变电站设备智能化标准 智能变电站 系统层关键设备 智能变电站自动化系统 运行技术支持关键设备 测 控 装 置 智 能 断 路 器 合 并 单 元 智 能 组 件 电 子 式 互 感 器 变 电 站 监 控 系 统 远 动 终 端 间 歇 电 源 保 护 监 控 网 络 监 控 及 分 析 广 域 及 区 域 保 护 控 检 验 测 试 及 评 估 系 状 态 检 测 状 态 检 修 遥 视 、 安 防 、 消 防 数 字 装 置 调 试 校 验 组 态 及 系 统 调 试 工 资料来源：中银国际研究 图表 9.智能变电站主要构成及其功能 类型相关元件作用 scada 系统（远动系统） rtu、后台机 监视电网的电压、电流、功率、开关、变压器等元件的拓扑状态，观 测电网的运行状况；完成从控制中心、中心站对设备的控制 继电保护故障信息系统 变电站监控系统 故障录波系统 智能一次设备本体 高压设备传感器 智能终端 合并单元 保护子站、故障信息管理机 前端机、监控子站 故障录波仪 开关、刀闸、变压器、断路器、电 抗器、电容器等 各种高压设备状态感知元件，如压 力、油溶解气体传感器 智能操作箱智能汇控柜（gis 场合） 合并单元 监视继电保护系统的动作与工作状态，为故障诊断等提供依据 对电网的监视、遥控、防盗、消防和报警联网 记录系统异常时的电流、电压等电气量，作为故障诊断及故障分析的 主要依据（有的集成与故障信息系统中） 能量传输、电压转换、无功平衡 获取高压设备本体的温度、湿度、压力开关刀闸位置、溶解气等信息 为传统断路器或变压器提供数字化接口；开入开出功能，采集开关信 号，直接或通过过程层接受控制命令，驱动执行机构完成控制功能 电子式互感器的标准单元，接受、合并本间隔的电气量采样值；同步 采集多路互感器的电压、电流信息并转换成数字信号，经处理发送给 二次保护、控制设备 电子式互感器 电子式电压互感器、电子式电流互 测量一次系统的电压、电流，将一次系统的高电压、大电流转换为低 感器 电压、小电流，并实现一、二次的隔离 其他智能组件 网络设备 继电保护装置 包含一种或多种功能的智能组件， 如集成于一次设备的测量、控制、 检测、计量、保护单元 goose、sv 网,交换机 线路、母线、变压器、电容、电抗 保护等 配合一次设备，分别实现测量、控制、状态监测、计量、保护等全部 或部分功能；智能终端和合并单元是典型的智能组件 实现间隔、过程层、站级通讯 分别完成整个电网系统的保护（部分功能可能在智能组件中实现） 从各一次元件到变电站自动化监控 完成对电网中各元件的监控（部分功能可能在智能组件中实现）；具 后台的整个系统 有采样、测量、同期检测、遥控执行以及信息转换、处理、传送功能。 电能计量系统 时钟系统 资料来源：中银国际研究 智能电表及其他采集装置 各类时钟源，如 gps 电能消费计量 提供统一时钟，完成 sntp、b 码、1588 对时 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 11 智能变电站应用理想与现实的差距 从 2006 年第一批数字化变电 站试点工程投运，2009 年底在提出智能电网的同 时，提出了智能变电站概念，并随后出台了相应的规划和技术导则，通过后 续几批试点，到 2011 年底，国家电网经营 区域内已建成或完成部分改造任务 的变电 站达到 74 座，其中，新建 46 座，改造 28 座。 总体进度：智能化目前主要停留在站控层与间隔层，过程层设备 智能化正在 谨慎推行，变电 站高级应 用尚处于研究阶段。 二次设备企业在智能化之路上充当了先锋，保护、自动化等二次设备较早地 完成了标准化，并得到了大范围的推广；但一次设备的智能化相对较缓慢， 智能一次设备本体相关技术尚未达到可推广的程度，目前主要依靠附加的智 能二次组件实现智能化要求。 图表 10.智能变电站发展历程示意图 2006年： 2009年： 图表 11.已建成智能变电站（至 2011 年末） 数字化变电站试点 未来： 进一步标准化 并逐渐成为主流 资料来源：中银国际研究 2012 年 9 月 21 日 提出智能变电站规划 2010年： 规范与细则 第一批试点 2011年： 扩大试点 完善规范 资料来源：中银国际研究 网络化二次设备趋于成熟 二次保护、测控、录波等系统在实现智能化进程中具有一些天然优势。各类 型保护装置的保护原理基本上不变，只是通信方式及接口标准发生了变化； 此外，二次设备制造企业长期从事相关研究，具有比较对口的人才和技术储 备。 早在 2005-2006 年前后，国内主要的二次设备 企业即已开始早期数字化变电 站 设备 研发，目前已经有 5-6 年的研发与生产经验 。现有的智能变电 站产品测控 装置、保护装置、计量装置、在线监测产 品基本都能予以实现 ，各类产 品比 较齐 全，除个别核心技术问 题外，已能基本满足智能化变电站的要求并具备 系统成套能力。 电力设备行业报告 12 图表 12.智能变电站二次设备研制现状 设备 继保装置 测控装置 录波装置 合并单元 智能终端 计量装置 网络装置 电子式互感器 智能高压设备 在线监测 现状 基本成熟 成熟 成熟 趋于成熟 基本成熟 技术成熟 趋于成熟 欠成熟 不成熟 趋于成熟 不足 支持数字化标准，基本实现一体化、网络化、就地化； 同步方式问题待完善 支持数字化标准，实现可视化、与保护装置的一体化 录波功能成熟，支持数字化标准，应用功能待完善 支持数字化标准，实现信息采集、合并等功能；同步对 时及守时性待提高 支持数字化标准，实现信息采集、合并等功能 技术成熟，但缺乏计量管理体系及标准 高性能交换机国外技术较成熟，国内技术未成熟，网络 延时及报文抖动问题未完全解决；组网方式有待论证及 运行验证 有源型已基本满足求，稳定性待提高；无源型整体功能 待提高； 处于初级阶段，通过附加二次组件实现部分智能化功能； 处于标准化过程中 资料来源：中银国际研究 图表 13. 智能变电站主要目标实现情况 目标 变电站设备稳定性 互操作问题 传统互感器的稳定问题 二次回路复杂 电缆的电磁干扰问题 一次设备智能操作 状态检修 信息共享 降低寿命周期内总投资 提高变电站运维效率 实现情况 部分降低 实现 部分解决（但出现新问题） 部分解决（目前多为点对点方案） 解决 部分解决（目前多为点对点方案） 未解决 基本实现（过程层实现不够） 未知（前期投资增加） 未知 资料来源：中银国际研究 当前阶段，二次设备企业受益于智能溢价与新增市场需求 当前阶段，由于兼容新标准的继电保护、自动化等二次设备较传统设备具有 一定溢价；同时，智能化一次设备还处于初级阶段，智能化变电站中只是通过 智能组件和 goose 网的构建实现 了高压设备 和间隔层设备 之间的数字化传输 ， 一次设备 的智能化主要通过智能终端、合并单元等智能组件实现 ，也创造出了 一部分市场。 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 11年1批 11年2批 11年3批 11年4批 11年5批 11年6批 12年1批 12年2批 12年3批 12年4批 12年5批 12年5批11年1批 11年2批 11年3批 11年4批 11年5批 11年6批 12年1批 12年2批 12年3批 12年4批 13 图 14. 保护设备中智能设备占比统计 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 (套) 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 常规（左轴）智能（左轴）智能/常规比例（右轴） 资料来源：中银国际研究 图 15. 监控自动化系统智能设备占比统计 300 250 200 150 100 50 0 (套) 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 常规（左轴）智能（左轴）智能/常规比例（右轴） 资料来源：中银国际研究 智能一次设备处于摸索阶段 由于直接参与了能量的输送，一次设备运行状态改变往往会直接导致电力系 统运行方式的改变；不仅电力企业在使用时候可能会表现出理性的谨慎，一 次设备企业也需要在技术和工艺上有足够把握来确保一次设备的安全、稳定 运行不受影响。相比迅速奔向网络化阶段的二次设备，一次设备的智能化进 程要谨慎和缓慢得多。 开关和变压器是数量最多、应用面最广的重要电力设备，如果能够灵活可控， 会给电网带来重大效益。变压器和断路器这种重要设备如果不能灵活控制， “智能”的功能就要大打折扣，“智能断路器”和“智能变压器”是一次设 备智能化的重点。 智能断路器：理想的智能断路器除了支持网络控制、状态采集等疾病功能外， 还应具备在线状态监测功能。但考虑现有技术的可靠性不够以及当前常规开 关占绝对比例的现状，国内目前的做法多是通过二次设备与一次设备的结合 来完成对一次设备的智能化改造，即通过智能终端与断路器操作机构完成接 口交互。 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 14 值得一提的是，gis 由于主要特征与智能一次设备特征非常接近，对状态监测 的需求比较急切，相关研究和试验也比较早，智能程度也相对比较高。国外 主要设备企业在推出智能开关时也是 gis 先行，在这些系列产品中，组合电器 设备 的二次体系与在线监测 系统已经集成运行在同一个计算机监控平台上。 智能变压 器：变压 器由铁芯和初/次级绕组 构成，变比固定，很难灵活控制， 变压 器的智能化主要体现为冷却装置控制、分接开关控制以及变压器油气等 信息的监测方面。 变压器是电力系统最主要的主设备之一，其设计、制造都已经非常成熟，相 关的监测技术也发展得比较早，变压器在线监测的标准化过程也比较快，目 前变压器油色谱在线监测可能是在线监测中标准化程度最高的环节。 图表 16.智能一次设备应用现状 设备现状性能 智能断路器（室外） 网络控制 开关位置、储能等信息采集 在线状态监测 加热、驱潮等功能 设备检测 保护（部分保护功能） 高级功能（如根据故障情况选择分闸速度） 成熟 成熟 不成熟 成熟 不成熟 基本成熟 完全不成熟 gis 组合电器测量数字化 控制网络化 信息互动化 功能一体化 状态可视化 基本成熟 基本成熟 不成熟 基本成熟 不成熟 资料来源：中银国际研究 图表 17.当前智能化开关构造示意图 传统保护（含操作箱） 电流 电压 采样 模数 转换 保护 控制 逻辑 开入 开出 传统保护（含操作箱） ect 保护 控制 电流 电压 模数 转换 逻辑 开入 开出 资料来源：中银国际研究 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 1 15 图表 18.智能变电压产业化现状 设备 数字化测量 现状 比较成熟 描述 利用智能组件，对传统测量项目进行改造 冷却系统智能控制 比较成熟 新造变压器部分利用智能组件控制，运行变压器未实 施 分接开关智能控制欠成熟试验阶段，工程中有投运，但实际仍是传统模式控制 数字化计量技术比较成熟 电子式互感器进行计量，技术较成熟，工程应用很少 状态监测及自诊断 集成保护 不成熟 技术趋于成熟 利用智能组件，对变压器局放、油中溶解气、含水量、 温度、介质损等项目进行测量，并进行自诊断 将部分保护功能就地集成，技术上比较成熟，但比较 不经济，可靠性有待验证 资料来源：中银国际研究 电子式互感器，稳定性有待提高 纯光学式稳定性有待提高：有源型电子式互感器的关键技术主要是远端模块 取电技术、抗干扰技术；这两方面的问题也制约了有源型电子互感器的应用， 从技术发展来看，无源型可以克服这些问题，是今后的重点发展方向。 早期智能变电站项目中多采用有源模式，该类产品也已有近 5 年的工程应用经 验，从现场应 用的情况来看，大部分有源型电子式互感器的稳定性还比较欠 缺。 图表 19. 国家电网近年互感器故障率对比 ( 台次/ 百台. 年) 6 5 4 3 2 2.47 4.91 0 2009年 电子式 资料来源：中银国际研究 在线/离线监测 ied 状态监测站内后台系统在线监测主站系统，其中，传感器是硬件上的 难点： 传感器元件：安装于高压一次设备本体上的传感器首先需要保证其自身的使 用寿命足够长，一般来讲，传感器的设计寿命不能小于主设备的设计寿命， 这意味着绝大多数传感器稳定运行的寿命至少要达到 15 年。 系统一体化配合：传感器需要高压一次设备 的配合，特别是内置式传感器， 还需要与高压设备 一体化设计 。一次设备 不仅要为传 感器预留位置，还必须 采用一定的措施保证传 感器工作条件，例如采用泵循环保证油样、气样的流 动。传感器的电源、数据传输线 布置也需要进行一定的优化。 绝缘与安全性能：传感器必须满足一定的电气特性。作为高压一次设备的一 部分，为保证高压设备的安全可靠性不降低，传感器要满足与本体设备相当 甚至更高的绝缘、密封要求。 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 18 图表 24.变电站状态监测系统构成示意图 变电站电气设备在线状态监测系统 变压器 局部放电 套管介质损 铁心接地电流 顶层、底层油温 绕组热点温度 电抗器 局部放电 套管介质损 铁心电流 油色谱、微水 振动 断路器 电寿命 机械系统 储能机构 sf6密度、微水 sf6分解物 gis 局部放电 sf6密度、微水 sf6分解物 其他 油箱压力 油色谱、微水 有载开关状态 资料来源：中银国际研究 但标准化完成后，目前在线监测产 品的盈利情况是难以维持的，目前 220kv 变电站不装设局放监测的造 价在 200-300 万元，加入 gis 局放 监测，造价可能近 1000 万元。 只有在未完成标准化的情况下，可 能保持如此高的价格水平 在线监测系统标准化尚未完成，标准化后市场将放大：变电站设备较多，相 应的设备在线监测产品也比较多，目前应用较多的是：变压器油色谱分析、 局放、介质损、温度、油压、微水及气体检测等，但目前仅有变压器油色谱 基本完成了标准化过程。 在线监测市场未来可能被分割：目前在线监测产品主要是作为二次独立子系 统独立开发、单独组网。但从设备关联关系来看，在线监测前端设备应与一 次设备紧密相关，反应的是一次设备的运行状况，无论从维护还是设备整体 安全稳定性角度出发，由一次设备一体化设计、布置相关传感器合情合理； 而后端系统未来则可能在 iec61850 标准下进入到一体化的监控自动化系统中， 把在线检测 系统作为变电 站自动化的一个应用模块。 图表 25. 变电 站状态监测 系统发 展模式预测 其余应用在线监测应用其余应用 其余应用系统 在线监测后台系统其余应用系统 一体化变电站自动化系统 传感器 传感器 一次设备 传感器 一次设备 传感器 资料来源：中银国际研究 注释：上左图中阴影部分为当前业务模式下的在线监测系统构成 缺乏诊断支持系统，状态监测将大打折扣：状态监测系统在恶劣环境下的稳 相比之下，中国电科院与国网电科 院因为具有良好的资源与技术优 势，这“两院”开发的专家诊断支持 系统有可能最终走向实际应用 2012 年 9 月 21 日 定性以及对一次设备的影响有待在实践证明和改进；而作为状态检修可或缺 的部分，专家诊断支持系统仍处于研究阶段，尚未达到能推广应用的程度。 国内一次设备企业联合二次厂商，已开发出一些状态监测系统，部分已经在 现场试用。为保证安全性，目前状态监测系统一般采用单独组网的方式。这 些系统主要是在在线监测装置的检测数据基础上，应用人工智能技术进行推 理和综合，对各个设备的状态进行评估，为状态检修提供决策。 电力设备行业报告 19 同时，国网已在数地开展试点，收集各变电站主要电气设备近 10 年来的检修 与电试 数据，建立故障数据库；在此基础上，基于模糊评分等人工智能技术 建立对电气性能、油化性能、机械性能、附件性能的评分模型。目前国内开 发状态检修系统的多为二次企业，有没有对样本的分析处理能力及样本库维 护能力还有待观察，而从对电力设备运行经验的积累来看，一次设备企业更 有优势。 智能化实施方案，考虑到安全而进行折中的过渡模式占据主流 在智能变电站的理想模式下，高压设备智能化操作，电子互感器进行数字化 量测，光纤通信取代点对点电缆，全站信息充分共享。 但囿于技术与经济条件限制，目前仍然多采用过渡方案逐渐推进。例如，由 于电子式互感器稳定性不够，一般就采用合并单元等智能组件与传统互感器 结合，从而实现数字化接口功能；而为保证继电保护系统能够准确、不因过 程层网络瘫痪而出现误动、拒动的情况，在超高压变电站中又要求本间隔保 护“直采直跳”，即一个间隔中的电流、电压点对点光纤传送，保护跳闸信 号也点对点光纤传送，与传统站相比，其实就是用点对点光纤替代了点对点 电缆。 过渡模式在某些方面有违数字化 变电站、智能变电站的初衷，特别 是仅仅采用实现站控层网络的过 渡模式的变电站，还不能称之为严 格意义上的智能化变电站 2012 年 9 月 21 日 站控层网络模式：该模式主要解决光纤通讯与信息互操作问题，变化主要是 出现了基于 iec61850 的站控层网络，整体构造与传统变电 站类似，目前仍然 有一些新站采用该模式，如 2011 年春投运的华东电 网 500kv 练塘变电 站（三 沪二回落地工程）。 过程层网络模式：过程层网络出现后，iec61850 出现在过程层信息交换中，这 也是目前应用最多的模式。但是，在实际工程应用中，特别在超高压工程上， 又打了一定的折扣。 图表 26. 智能变电站理想模式 资料来源：中银国际研究 电力设备行业报告 20 图表 27. 智能变电站过渡模式一 站控层网络 过程层网络 传统ct 传统pt 开入 开出 传统ct 传统pt 开入 开出 资料来源：中银国际研究 图表 28. 智能变电站过渡模式二 资料来源：中银国际研究 2012 年 9 月 21 日电力设备行业报告 21 新一代智能变电站，静候标准化完成 新一代智能变电站方案可能出台 一次设备智能需要更具有操作性的途径：二次设备智能化完成程度较高，但 处于对网络设备安全稳定性不够的考虑，二次网络并未实际完成；一次设备 智能化实际进展十分缓慢，目前仍然是普遍采用二次附加组件的方法实现数 字化、信息化要求，由于合并单元、智能终端的出现，大量接口设备出现， 又增加了系统的复杂性和不稳定性。 二次子系统实现集成应用已具备市场基础与产业基础：当前林立的子系统， 主要是在电力信息化过程中，各个细分业务领域从自身业务角度出发建立的 小系统，对相关信息的融合、共享、深加工缺少考虑。电网运营模式趋于集 约化、集团化，要求电力信息系统能更全面、更实时、更系统地反馈业务流 与信息流。 变电站各类信息系统的应用，到目前为止，主要是侧重于各细分功能的独立 应用，各主要系统之间的多源信息很难兼容，不同厂家对同一类系统的开发 的接口也不尽相同，给信息的共享造成了很大的困难。而 iec61850 标准的应 用，客观上为各类信息的共享与交互提供了一门标 准语言，iec61850 标准的普 及，使得变电 站信息系统的集成化应用成为可能。 二次信息系统，从“百花齐放”到“数家争鸣” 电力信息系统“孤岛型”应用具的历史背景：80 年代以后，计算机及软件技 术快速发展给电 力系统注入了巨大的活力，信息系统的用途也迅速扩大。先 是在设计 、计算中取代了人工作业，后续应 用到了监测 、调度自动化等专业 领域，最近十年电力系统各主要细分领域几乎都发展了自己的信息系统。 但这个时期的电力信息系统，主要是为解决各自领域的问题 ，独立地建设了 只关心自身应用的子系统。由于各子系统相互之间的考虑少，也造成了变电 站二次设备 种类、数量众多、调试 、维护 工作量太大的问题 。 图表 29. 电力信息化过程 2012 年 9 月 21 日 工程计算、重要设备监测 工程设计计算 实验数字计算 站、所自动监测 信息化初期 资料来源：中银国际研究 电力设备行业报告 专项业务应用 调度自动化 发电厂生产控制 辅助设计 电力仿真计算 信息化第二阶段 管理信息系统建设、子系 网络化统 管理系统建设 子系统应用系统化、网 络化 加速信息化过程 22 技术规范不统一是造成子系统孤立应用的直接原因：由于各个应用子系统往 往由不同的业主部门建设，并由不同的开发商分别研制开发，早期关于电力 个子系统的规范并不严格，设备企业往往依照自己的习惯及理解选择甚至自 己开发各自的通信协议，造成不同系统之间的不兼容，甚至不同设备企业的 同类产品之间也不兼容。 电网组织结构及业务模式是子系统孤立应用的重要原因：各个业务部门从底 层的需求出发建立相应信息系统，与电网业务结构分散有极大的关系。 在之前地域分割、业务分割的组织与职能架构下，没有形成信息系统功能的 统一定位与规范，各自为政的管理模式催生了各自为政的系统定位，例如调 度端、变电站站端业务分属不同业务部门，各自从自身应用角度出发建设系