中压开关行业分析报告.docx
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中压开关行业分析报告
2012年中压开关行业分析报告
2012年9月
中压开关是配电网的关键主设备，相应的股票标的也是今年二级市场比较热门的板块。
开关柜按照元器件可以分为断路器柜（中压开关柜）和和负荷开关柜（环网柜），各种柜型的特点、适合哪些应用领域是本报告讲述的主要内容，目的在于给投资者讲解各类型设备需求的相关因素、发展趋势，以指导我们的投资决策。
一般来说，配电变压器安装容量超过10000kVA的较大用户，大都由城市共用变电站以专用线路放射式供电，本身建有中压配电室，开关柜内装主要元件多为真空断路器。
但对中小用户来说，10kV供电采用环网柜，是最常用的终端配电方式，而中小容量用户又占绝大多数，此种环网供电足以满足二级负荷的要求。
一、配电网介绍
1、配电网的发展
（1）配电网的概念
电力系统中四种电网类型的结构如下图所示。
①一级输电网络
一级输电网络向二级输电系统输送电能。
这类电网将发电厂与枢纽变电站连接起来，进而将电能输送到二级输电网络。
一般采用三相架空杆塔线路联结成网。
通常电力用户，即使是大型用户都不直接从该电网中取电。
电压等级为220kV以上。
②二级输电网络
二级输电网从枢纽变电站汲取电能，向大型工业用户的配电变电站和公共电网的高压（HV）/中压（MV）配电变电站供电。
该电网通常采用架空线形式（近城区地方常采用地缆形式），电压范围为：
（66）110-220kV。
③中压配电网络
中压配电网从HV/MV变电站或公共电网的配电系统取得电能，向中小型工业用户供电。
中压配电网在城区一般采用地缆形式，在乡村一般采用架空线，电压范围通常为：
6-35kV。
④低压配电网络
低压配电网从公共配电变电站向各种个人用户、工厂车间等供电。
低压配电网通常采用地缆或架空线路的形式，电压一般为380V。
配电网（DistributionNetwork）是指在电力网中起电能分配作用的网络。
通常是指电力系统中二次降压变压器低压侧直接或降压后向用户供电的网络。
按照应用场合主要包括城市配电网（城网）和农村配电网（农网）。
其中城网负荷相对集中，布点多，事故影响大，短路容量在200-300MVA左右；农网负荷分散，供电半径大，线路长，线路维护工作量大，短路容量在100-200MVA左右。
12kV是配电网中最常用的电压等级，线路约占我国配电线路总长度的80%以上。
2、配电网的主设备构成
（1）配电网的构成元素
配电网的组成：
架空或电缆配电线路、配电开关类设备、配电所、柱上变压器、配电箱等。
配电所，变电所母线的延伸，以解决某特定地区中压配电的需要，同时也是将中压配电电压降低至低压配电电压的供电点。
仅具有前一部分功能的也称作开关站或开闭站。
配电变压器，用于配电系统将高压配电电压的功率变换成低压配电电压的功率以供各类低压电气设备用电的电力变压器。
配电变压器容量较小，一般在2500kVA及以下；一次电压通常为35kV及以下。
配电变压器有安装在电线杆上或配电所内的普通变压器或安装在平台上的共箱组合式变压器（美式箱变）。
一般容量较小的配电变压器在高、低压侧采用熔断器保护，容量大于1000kVA的采用断路器保护。
架空配电线路，是电压等级在110kV及以下，架设在电杆上或建筑物上专设的线路横担上的供电线路。
主要由导线、绝缘子、横担和杆塔等基本功能部件组成。
根据电压等级不同，将35-110kV级架空线路称为高压架空配电线路，将6-20kV等级架空线路称为中压架空配电线路，将1kV及以下等级架空线路称为低压架空配电线路。
电缆配电线路，电压等级在110kV及以下，以地下敷设的电力电缆为主，包括少量架空线缆构成的供电线路。
与架空配电线路相同，根据电压等级分为35-110kV、6-20kV、1kV以下的高、中、低压电缆配电线路。
配电开关类设备，是配电网中控制和保护的关键装置，包括短路器、隔离开关、负荷开关和熔断器等。
（2）配电网的拓扑结构
拓扑结构的选用，需满足：
保证人身安全，设备安全；达到预期的电能质量标准；以及达到预期的供电收益目标。
无论架空线还是地缆的形式，网络的接线方式都可能是放射状（单回线）或环网（开环）状，如下图所示。
在环网式拓扑中，当任一个供电环节发生故障或事故时，通过运行方式的重新调整，可以保证每个用户的快速恢复供电。
二、中压开关柜/断路器柜
1、基本概念
中压开关柜的全称为3.6kV-40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备，是装有以断路器为主要开关元件的成套开关设备，在配电系统中作接受和分配电能之用，是中压领域中量大面广的产品。
由一次回路元件（中压断路器、负荷开关、接触器、熔断器、隔离开关、接地开关、互感器及站用电变压器等），以及控制、测量、保护、调节装置，内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装置，其内的空间以气体或复合绝缘材料作为介质，用作接受和分配电网的三相电能。
中压开关柜的发展，经历了敞开式--构架式--金属封闭式--密封式的技术发展历程，体积愈来愈小。
金属封闭式中压开关柜是指除进、出线外，所有元器件组件及其辅助回路完全安装在接地金属外壳内的中压开关柜，包括金属铠装式、间隔式和箱式中压开关柜。
金属铠装式中压开关柜中某些组件分别装在用接地的金属隔板隔开的隔室中，金属隔板的防护等级应达到IP2X-IP5X（或者更高），至少包含下列4个单独的隔室：
断路器室、母线室、电缆室和低压室。
间隔式中压开关柜中某些组件分装于单独的隔室内（与金属铠装式开关柜一样），但具有一个或多个非金属隔板，隔板的防护等级应达到IP2X-IP5X（或者更高）的要求。
箱式中压开关柜是除铠装式和间隔式开关柜以外的金属封闭式中压开关柜，它的隔室的数目少于金属铠装式和间隔式开关柜，隔板的防护等级低或没有隔板。
（1）开关柜的作用
1）使电器设备得到有效保护，并便于安装和维护。
2）开关柜在制造厂进行批量装配易于实现系列化、标准化，具有质量高，制造速度快，运行安全性高等优点。
3）变电站、配电室的施工与开关柜的电气安装分开进行，使基建时间缩短。
同时，开关柜的体积小、占地面积小，造价低。
4）开关柜便于运输和改造电力系统。
5）开关柜可深入负荷中心供电，能缩短供电半径，减少电能损失，合理分配电能。
（2）开关柜的分类
1）按柜体结构特点可分为开启式和封闭式；
2）按柜内主要元件（断路器）的安装方式可分为移开式（手车柜）和固定式（固定柜）；
3）按其母线套数可分为单母线和双母线；4）按柜内主绝缘介质可分为空气绝缘型（AIS）和气体绝缘型（充气柜C-GIS）。
2、开关柜的发展趋势
（1）充气柜的减排
充气柜（C-GIS）已有近30年的制造和运行史。
西门子公司研制出8DA10/8DB10（单母线/双母线）充气柜后各大公司纷纷仿制。
C-GIS特别适用于城网、地铁、高层建筑及环境恶劣的场所。
SF6气体具有优异的绝缘和灭弧性能，至今还没找到一种介质可与之媲美。
但SF6为温室气体，对温室效应具有很强的潜在威胁。
SF6气体主要用于高中压开关设备。
因此，为保护环境，应尽量少用或不用SF6。
上海天灵开关厂有限公司开发了充氮气或充氮气/SF6混合气体的C-GIS。
12kV产品不采用SF6气体，24kV级产品中SF6的含量小于10%，40.5kV级产品中SF6的含量小于50%。
富士公司开发的24kV充气柜，使SF6气体用量减少63%。
（2）固体绝缘柜的发展
固体绝缘柜以真空开断，固体材料绝缘。
固体绝缘强度是SF6的3倍，可实现开关柜的小型化、轻量化，是一种新型环保柜。
以24kVSF6充气柜（C-GIS）和固体绝缘柜（SIS）相比较，一面SIS可省下5kgSF6气体，相当于120顿CO2；C-GIS的体积约为2.7m3，而SIS的体积约为1.7m3，减小了设备尺寸。
3、开关柜市场数据
开关柜使用量大面广。
在空气绝缘开关柜方面，生产厂家增多。
如西高所研发的KYN61及KYN61（A）型40.5kV铠装移开式开关柜，已有50多家转让生产；上海森惠源公司研发的KGN8-12型12kV铠装固定式开关柜，已有20多家转让生产。
（1）40.5kV中压开关柜
2010年，40.5kV高压交流金属封闭开关设备产量53955面，较上年减少8696面，降幅13.88%。
生产企业101家，较上年减少16家。
在所有类型中，KYN系列产品为44848面，占83.12%；XGN系列产品为6485面，占12.02%。
（2）12kV中压开关柜
2010年，12kV高压交流金属封闭开关设备产量320679面，较上年减少43669面，降幅11.99%。
生产企业176家，较上年减少25家。
在所有类型中，KYN系列产品为285133面，约占78.26%；XGN系列产品为54897面，约占15.07%。
三、环网柜/负荷开关柜
1、基本概念
负荷开关柜、负荷开关-熔断器组合电器柜是交流金属封闭开关设备，常用于环网供电系统，常被称为环网柜。
其中主要元件是负荷开关、断路器或负荷开关-熔断器组合电器，此处断路器不要求快速重合闸。
在使用时负荷开关柜和组合电器柜常配套使用，称为环网供电单元（如下图所示），其中的每一个功能柜统称为环网柜。
环网供电单元的结构上右图所示，将柜1、柜2和柜3组成基本的环网单元。
柜1和柜3为进线柜，都装有负荷开关。
柜2为出线柜，接配电变压器，出线柜一般根据需要配置多面，例如根据小区供电规划，配置2进6出，2进8出等。
2、元器件选择
环网柜的基本组成元素有柜体、母线、负荷开关、负荷开关-熔断器组合电器、断路器、隔离开关、电缆插接件和二次控制部件等。
（1）柜体
空气绝缘或复合绝缘柜体与常规交流金属封闭开关设备在工艺和选材上类似，而结构更简化，体积较小。
SF6气体绝缘环网柜的柜体按照IEC标准设计，壳体由2.5-3mm的钢板焊成。
（2）母线
主母线根据柜体的额定电流选取，采取电场分布较好的圆形或倒圆母排。
（3）负荷开关
负荷开关具有产气式、压气式、真空和SF6等多种结构。
（4）熔断器
使用全范围限流熔断器，在熔断器两侧设接地开关。
高压熔断器任一相熔断时，熔断器顶端撞针触发机构的脱扣装置，使联动的负荷开关自动跳闸。
（5）断路器
一般多回路配电单元进线柜采用断路器，但开断电流不大，也不需要重合闸功能。
通常采用真空断路器或SF6断路器。
（6）电缆插接件
用来连接环缆，是负荷开关的延伸部分。
电缆插头有内锥式和外锥式两种，额定电压一般为36kV以下，额定电流一般为200-630A。
（7）二次控制回路
新型产品中二次元件采用传感技术和数字技术，集控制、保护、计量、监视、通信为一体的微机控制管理系统模块，使多回路配电单元向小型化、模块化和智能化方向发展。
（8）环网柜中的主开关设备
环网柜中配装的主开关设备有负荷开关、负荷开关-熔断器组合电器和断路器。
①负荷开关
负荷开关主要用于承载、关合、开断运行线路中正常条件下（及规定的过负荷条件）的电流，并能关合和承载规定的异常电流（如短路电流）的开关设备。
负荷开关一般由灭弧装置、操动机构和绝缘支架等部分组成。
负荷开关大量用于负荷开关柜、环网供电单元、箱式变电站及配网自动化系统中，是高压电器中灭弧方式最多、结构类型最多的产品之一，目前主流的类型为真空式和SF6式。
真空负荷开关在真空中熄弧，开断电路时真空电弧在电流过零时，金属蒸汽迅速扩散而熄弧，绝缘恢复强度比空气或SF6快，因此开断性能好，可靠性高。
特别在开断空载变压器、空载电缆和空载架空线时比空气开关或SF6开关优越。
开断时电弧不外露，不会污染或损坏柜内元件，开断额定电流次数远高于其他类型，寿命长，不需检修。
灭弧室采用真空结构，实现无油化，可在矿山、化工厂等环境恶劣出使用。
②负荷开关-熔断器组合电器
限流熔断器为一次性动作使用的电器，只能用在不经常出现短路事故和不十分重要的场合。
然而，负荷开关-熔断器组合电器在成本上比断路器低，在三相环网供电单元和箱式变电站组成的开关柜中，多数采用该组合电器代替传统的断路器。
3、环网柜市场数据
当前环网柜主要有40.5kV、24kV、12kV这三个电压等级，应用最广泛的是12kV环网柜（按面数统计约占95%），2010年12kV环网柜产量125747面，较上年减少5140面，降幅3.93%。
四、开关元器件
1、中压开关元器件
断路器，能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（如短路条件下）的电流的机械开关装置，是电力系统保护和操作的重要电气设备。
主要包括真空断路器、SF6断路器和少油断路器。
隔离开关，一种在分闸位置时其触头之间有符合规定的绝缘距离和可加断口，在合闸位置时能够承载正常工作电流及短路电流的设备。
当工作电流较小时，隔离开关具有开断和关合回路的能力，兼有操作和隔离功能。
负荷开关，一种主要用于承载、关合、开断运行线路中正常条件下（也包括规定的过负荷条件）的电流，并能开关和承载规定的异常电流（如短路电流）的开关设备。
负荷开关的灭弧室结构简单，经济又简便，目前最主要的用途是与高压限流熔断器形成组合电器，构成环网供电单元。
熔断器，利用串联于电路的一个或多个熔体，在过负荷电流或短路电流的作用下，于一定的持续时间内熔断以切断电路的电器。
电压在1kV以上的熔断器称为高压熔断器。
真空接触器，利用真空灭弧室关合、承载、开断正常电流和规定的过载电流的电器，适用于控制频繁操作的回路，如电动机和电容器组。
高压真空接触器主要用于控制6.6kV高压电动机；低压真空接触器主要用于远距离接通和开断额定电流150A以下的低压线路。
分段器，一种与电源侧前级开关设备相配合，在无电压或无电流下自动分闸的开关设备，全称为自动线路分段器。
分段器不能开断短路电流，但能开断或关合负荷电流，通常与具有开断或重合短路电流功能的上级开关设备配合使用，起线路隔离、分段的作用，尤其适用于线路长、分支多的架空配电线路。
2、中压开关元器件市场数据
高压开关年鉴显示，2010年我国高压开关行业实现工业总产值1518.19亿元，其中40.5kV交流金属开关设备产量较2005年增长1.18倍，12kV环网柜产量较2005年增长81%。
2010年中压开关设备的产品产量如下图所示。
（1）40.5kV高压交流SF6断路器
（2）40.5kV高压交流真空断路器
由上面两张图标可知，对于40.5kV等级断路器，真空断路器是使用最为广泛的类型，且产品产量的增速较快，与SF6类型相比，产量之比已由2001年的1.80:
1增加至2010年的7.31:
1。
（3）12kV高压交流SF6断路器
（4）12kV高压交流真空断路器
2010年，12kV高压交流真空断路器产量468368台，较上年增加4178台，增长率0.9%。
生产企业140家。
产量在10000台以上的企业8家，合计为175663台，占行业生产总量的37.51%，较上年下降4.07个百分点。
由上图可见，对于12kV等级断路器，真空断路器仍是使用最为广泛的类型。
12kV高压交流SF6断路器的产量呈逐年减小趋势，已有2001年的约10000台降低至2010年的约3000台。
12kV高压交流真空断路器的产量逐年增加。
中低压断路器灭弧真空化是大的趋势：
1、从巴申曲线理论上看，真空断路器非常适合额定电压40.5kV及40.5kV以下的断路器灭弧及绝缘，而额定电压在72.5kV及72.5kV以上的SF6断路器在灭弧原理及绝缘性能上有较大的优越性。
2、SF6气体属于温室效应气体，属于将来被禁止使用的气体。
从产品发展方面看，SF6气体被其他介质取代是一种趋势。
3、从产品运行可靠性看真空断路器如果发生故障不会使事故扩大，而SF6产品如果发生故障，就会发生SF6气体爆炸，产生有害有毒的气体，危及人身安全。
4、真空断路器属于适用频繁操作，真空灭弧室的零、部件属于终身免维修产品，而SF6断路器规定满容量开断3-6次后，就必须对SF6灭弧室的触头和相应的灭弧室零部件进行更换、维护。
5、真空断路器灭弧室内、外气压差为1个标准大气压，在真空封接炉直接焊接而成的，真空灭弧室的漏气率小于万分之四；而SF6断路器灭弧室内、外气压差为4-6个标准大气压，由于断路器灭弧室是通过装配而成的，且有许多的密封面，所以SF6断路器的漏气率相对很高，可达百分之一到百分之三。
6、从性能参数看，真空断路器额定短路开断电流可达31.5kA，额定短路开断电流开断次数为20次，机械寿命10000次，比较容易达成；而SF6断路器由于需要很大操作功，要完成以上的参数困难很大，而且加工成本较高。
（5）12kV高压交流负荷开关
五、环网柜受益于配网改造、城市化
从工业发达国家的运行实践来看，熔断器相比断路器，能够更有效的保护变压器。
当变压器内部发生短路故障时，短路电弧致使变压器油汽化，使油箱压力增大，直至炸裂，因此需在20ms内切断故障。
断路器的动作时间为保护时间与固有动作时间之和，其值大于60ms。
而限流熔断器的可在10ms内熔断以切除故障。
断路器和负荷开关作用不同，结构迥异。
断路器按照小概率的短路电流设计，灭弧要求高，分合闸速度要求快，因此结构复杂，造价高昂。
负荷开关-熔断器将控制和保护功能分开，常见的投切负荷用负荷开关来完成，小概率的短路保护由熔断器来完成。
实际运行中，大部分断路器仅起负荷开关的作用。
负荷开关造价仅为断路器的30%-50%，负荷开关-熔断器的环网柜体积仅为用断路器的成套开关柜体积的60%-70%，不仅可减少高压配电是的面积和层高，而且环网柜不需要操作电源和专门的控制室，对于高层建筑物内的配电所更具优越性。
环网柜安装、调试方便，维护简单，易于实现电网自动化管理。
20世纪80年代中期以前，10kV配电系统以放射式为主，放射式和树干式结合为辅，多个用户使用同一条线路。
配电网干线故障或检修时会引起大范围停电，供电可靠性差。
老式配电系统中开关设备以断路器为主，很少采用负荷开关。
10kV电压等级成套开关柜的受电、馈电柜几乎都采用断路器。
随着配电网改造的深入，负荷开关的使用比例在逐步上升，2001年至2010期间，10kV等级负荷开关和断路器的使用比例已由1:
4降低至1:
2.5左右，如下图所示。
当前，城市二次配电网络正推广以负荷开关为主开关，电缆进出线为主的“手拉手”式环网供电系统。
环网供电中，每个环上有若干供电分支节点，正常运行时解环，故障时通过负荷开关隔离故障点，经短时停电后恢复非故障段供电。
对于用户分散，用电负荷容量小的供电，以前多采用树干式架空线路加杆上变电所的供电方式。
此种供电方式供电可靠性低，架空线受自然灾害影响大，容易遭雷击及单相接地事故。
由于架空线路受出线走廊的限制，很难伸入负荷中心。
另外，架空线路及杆上变电所，对城市的美观也大受影响。
如果改用环网接线加箱式变电站，既美观又可靠，且可直接伸入负荷中心，减少供电损耗。
城市路灯供电及居民小区的供电，简直到了非他莫属的地步。
箱式变结构分三部分，即高压部分、变压器部分及低压配电部分。
高压部分多采用环网接线，为此要有三台环网柜组成，即两台负荷开关柜作进出线之用，一台负荷开关加熔断器柜做变压器的馈电之用，接线如下图所示。
用于箱式变电站高压侧为环网电缆供电，不但对城市美观不受影响，而且供电不受自然灾害的影响。
在空间狭小的箱式变压器高压室内，装三台中压柜，环网柜是最佳的选择。
从这个角度出发，我们可以发现，受益于我国配电网建设，以负荷开关为主要元器件的环网柜将更加受益，使用比例将会继续提升。
六、开关元器件外资替代有空间
从这个角度出发，我们可以发现，受益于我国配电网建设，以负荷开关为主要元器件的环网柜将更加受益，使用比例将会继续提升。
而在中压断路器领域，外资品牌还牢靠的占据着高端市场，以ABB为例，近几年VD4的年产量超过4万台，市场份额占到10%左右。
在目前的经济环境下，开关成套设备的需求方从性价比来考虑，有更多的用户开始考虑使用国产品牌的元器件。
以12KV的断路器为例，厦门ABB的VD4产品，价格在4-5万元，而国产品牌差不多的产品价格最低可以到1万元以内，性价比优势显著。
外资品牌的替代目前已经在发生，以厦门ABB为例，今年中压断路器出现了销售压力，同比有一定程度的下滑。
而这一趋势为国内一些有技术积淀、供货履历丰富的企业创造了比较好的市场机遇，例如森源电气，上半年中压开关柜营业收入大幅度增长，同时，得益于元器件的市场认可度提升，成套设备的毛利率还略有提升。
七、中压开关柜和环网柜市场的有周期性特征
中压开关柜在电力系统里面最主要的应用是变电站馈线开关柜、站用变开关柜、电容器开关柜、进线开关柜等，以及少量配网工程，电力系统的需求占比较小，在15%以内。
中压开关柜最主要的需求还是来自于工矿企业、用电负荷超过10000KVA的用电大户，这方面的需求受客户所在行业的固定资产投资的影响。
压开关柜的市场是有周期性的，其产量的年度同比增速如下图所示。
在目前的经济环境下，煤炭、采矿等重点客户行业投资增速下滑，中压开关柜的市场需求无疑是会受到影响的。
目前的情况下，中压开关柜企业要取得好的业绩，一方面可能来自强有力的销售团队，抢占别人的市场份额。
中压开关柜市场非常分散，行业龙头市场份额也只有5%左右，行业集中度的提升是有一定空间的。
另外一方面，开关柜企业如果依靠技术积淀，能在某些客户或者行业实现开关元器件的外资替代，也能够获得好于行业的业绩表现。
环网柜如前所述，主要的市场是城市配电网，用户包括城市住宅小区、高层建筑、公共建筑、工厂等负荷中心的配电站或者箱式变电站中。
其招标主体分为电力系统和系统外，需求比例大致在4：
6。
环网柜很重要的一块需求是城市住宅，其需求滞后于房地产投资，具有周期性，但是周期性弱于中压开关柜，主要原因是：
1、配电系统内负荷开关比例将继续提升，环网柜的应用比例继续提升，这也解释了中压开关柜的产量数据弱于目标行业的投资增速。
2、环网柜的电力系统内外需求的比例高于中压开关柜。
电力系统的配电资产的改造、新建带来的需求比重在40%左右。
12KV环网柜产量的同比数据和房地产开发投资完成额同比增速的对比如下图所示。
房地产投资增速会滞后的影响环网柜的需求增速，2010年就是一个很好的例子。
配电网投资力度的加大，也会带来行业的需求景气，例如2009年、2011年。
八、主要公司简况
1、北京科锐
公司产品中贡献毛利比重最大的产品是环网柜。
订单是业绩的先导指标，公司订单执行周期在3个月左右。
从2011年以来，受益于配电网投资的加速和行业集中招标的推广，公司新签订单金额一致保持高增长。
公司订单有季节性，一般上下半年3：
7开，由于去年的高基数，今年上半年订单同比增速只有32%，但是全年还是主要看下半年的订单获取情况。
受益于我国配电网、农网改造投入的加大，我们认为全年保持30%以上的增速还是大概率事件。
2、森源电气
今年上半年，公司的成套设备、断路器均实现了高增长，显示出公司较强的市场开拓能力，产品获得了市场的认可，特别是元器件，进口替代是增长的一大动力，同时保障了产品的毛利率（成套设备和断路器毛利率均有提升）。
我们判断成套设备和元器件还将是公司后续增长的最主要因素，增长动力的源泉是市场份额的提升和外资品牌的替代，而APF却面临价格竞争。
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