中国是全球的能源生产和消费国，能源关系到国家繁荣发展，人民生活改善，社会长久治安，因此国家态度十分明确，着力推动能源生产利用方式的变革，建设一个清洁低碳，安全高效的现代能源体系，这背后一个个电力产业超级装备就这样诞生了，其中就包括人类电工史上巅峰之作，一个线圈耗时30天，器身吊装不容半点差池的特高压线圈。

近年来，中国电力发展非常迅猛，国家发展了多种电力供给体系，建设了大量风能，核能，太阳能，水能发电站，以及一些具有环保理念的火力发电站，来应对不断攀升的电力能源，但是中国东部省份缺少煤炭和水利资源，因此这里很少有发电站，而西部地区则有大量发电站，就需要西电东送，传统的西电东送使用超高压电网，不过感觉还是不够用。

于是国家研发了全球最先进的输电网技术，它就是特高压输电网，在新疆建造了全球电压等级最高，路线最长的正负1100千伏特高压直流输电工程，在特高压输电网中有一个重要性堪比“心脏”的核心设备，它就是换流变压器，没有它特高压输电网玩不转，超过800千伏的高端换流变压器全世界只有几个国家可以建造，中国就是其中一个。

这个设备有一道制造工序必须人工才能完成，机器人根本派不上用场，它就是线圈缠绕，换流变压器有高3米的线圈，线圈上有291匝，每个匝有39根导线，所有导线都要人工挪弯进行内外层换位以确保传输稳定，这种线圈导线宽度只有5.88毫米，精细操作全凭手感和经验，要制造全球第一无二的换流变压器，人工线圈缠绕就要花费最少1个月时间。

换流变压器实现全链条国产

11月27日，在南方电网西电东送重点工程——溪洛渡右岸电站送电广东±500千伏同塔双回直流输电工程的受端从西换流站，我国自主研发的首台采用国产有载分接开关的换流变压器成功投运。

我国东西部跨度上千公里，西电东送大都采用长距离、大容量、高电压的直流工程进行输电，工程送端和受端站点均要用到重达300多吨的换流变压器这种枢纽设备。而换流变压器有一个关键的部件就是有载分接开关，它是直流输电系统调压稳压的核心部件，也是一个非常精密的机电设备。

“换流变压器有载分接开关好比汽车的自动‘变速箱’，电压调高调低，负荷调多调少，电流调大调小，都要通过它的档位来调节。”南方电网超高压公司生技部副总经理冯鸫说。

据介绍，换流变压器有载分接开关有1000多个零部件，切换次数非常频繁，一年高达6000余次，一次切换包括9个过程，每次动作涉及到400多个零部件的精密配合，而且每个过程的时序配合为毫秒级，动作过程中涉及到电、热、力多场耦合作用，这种时序配合的精度堪比机械手表。

“由于可靠性要求极高，制造难度极大，这项技术一直掌握在外国少数厂家手里。设备维修也受限于外国厂家，一旦发生故障，只能更换同型号的进口产品，订货周期需要三至四个月。”南方电网超高压公司广州局副总经理汪洋说，“近些年来，进口的换流变压器有载分接开关在运行中暴露出了机械开裂、绝缘劣化等重大问题，严重威胁着电网的安全运行。”

为了攻克这一难题，南方电网超高压公司组建了“产学研用”攻关团队，联合产业链上下游企业共同开展“大容量换流变压器用6000kVA有载分接开关”关键技术国产化攻关。

面对重重困难，攻关团队做好了充足准备。南方电网超高压公司高级技术专家邓军说：“我们结合多年运维经验，针对进口设备暴露出的绝缘裕度不足、材料选型不合理、电气设计不完善等问题，自主开展精细化建模仿真和真型样机试验验证，逐个攻克难题，一步一步跨过难关。”

攻关团队重点从设备结构、可靠性等方面开展攻坚。团队从超200万种可能的结构中选出36种，再优中选优，并规避国际产权纠纷，最终选出最简洁最平衡的有载分接开关拓扑结构。其次，重点开展核心器件研发，其中难度极大的就是研发真空灭弧室（真空灭弧室，又叫真空开关管，是中高电压电力开关的核心部件，其主要作用是通过管内真空优优良的绝缘性使中高电压电路切断电源后，能迅速熄弧并抑制电流，避免发生事故）

“我们研制的产品不论从电压、容量还是电流，都是目前世界上最高等级的，这对真空灭弧室的要求非常苛刻。”邓军介绍，研发之初，他们想采用有成熟应用经验的进口真空灭弧室，但是经过深入研究分析，认为既然要做成世界领先，那就所有东西都要领先，于是就决定联合国内领军企业自主研发真空灭弧室。

经过计算、仿真、对比，他们开展了3000次性能检测、37万次负载切换、160万次机械寿命、900万次波纹管疲劳等试验，最终研发出了真空灭弧室。

功夫不负有心人。经过两年坚持不懈的努力，攻关团队突破了设计、制造、试验和可靠应用一系列关键技术，成功研制出了我国首台额定容量6000kVA、最大电压6000V、最大额定电流1300A的大容量换流变有载分接开关，实现了“原材料—组部件—整机”全链条的国产制造。

特高压及海上风电产业发展 拉动换流变压器需求攀

根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年换流变压器行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示，换流变压器是输变电设备的重要组成部分，是实现交流电、直流电整流、逆变的核心，是高压、超高压、特高压电力系统中的关键装备。2020年，全球换流变压器市场规模达到23亿美元左右，2015-2020年年均复合增长率达到18%。全球换流变压器市场高速增长主要受益于亚太地区特高压工程建设、欧洲地区海上换流平台建设。

换流变压器在电力系统中地位重要，必须具备高可靠性，其结构复杂，设计及生产技术壁垒高，对企业实力要求高。在海外市场中，换流变压器生产商主要是瑞典ABB、德国西门子、美国GE、日本三菱、日本东芝等；在国内市场中，换流变压器主要生产商有特变电工、中国西电、保定天威、辽宁新泰等。

我国特高压产业发展迅速，为实现配套，换流变压器研发及生产实力快速提升。2013年12月，特变电工为全球输送距离最远、输送容量最大的哈密南-郑州特高压直流输变电工程研制了两台±800kV高端换流变压器。2016年8月，中国西电为酒泉-湖南±800千伏特高压直流输电工程研制了两台ZZDFPZ-412300/750-400换流变压器。2018年5月，特变电工成功研制出世界首台发送端±1100kV高压直流换流变压器。

我国“十四五”国家重点研发计划“储能与智能电网技术”重点专项中，±800千伏换流变压器有载调压分接开关技术及装备被列入，这表明我国政策对换流变压器行业发展依然重视。特高压是我国新基建七大板块之一，是国家战略部署，产业发展受到政策大力支持，2020年，我国特高压行业投资规模超过580亿元，利好我国换流变压器行业发展。

特高压产业链及参与者

综合而言，特高压交流输电技术在技术成熟度、输送容量、经济性方面占优，特高压直流输电技术在电能损失、输电距离方面占优，特高压柔性直流输电技术在可控性、无功补偿方面占优。

特高压站内设备是产业链最核心环节，其中直流关键设备主要有换流阀、换流变压器以及阀控制保护系统等，交流关键设备主要有交流变压器和GIS。

换流阀及其控保系统

换流站的核心设备中换流阀最为重要。

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。其通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制，价值约占换流站成套设备总价的27.6%。

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。

换流阀环节技术壁垒较高，呈现寡头垄断格局。

在常规直流阀领域国电南瑞和许继电气竞争优势明显，国内市场占比分别达到50%和30%。

控制保护设备属于二次设备，参与者则主要是国电南瑞子公司继保电气和许继电气和四方股份等。

换流变压器

换流变压器是交直流输电系统中的换流、逆变两端接口的核心设备。其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，占特高压直流总投资比例为25.4%。

变压器成本构成中，铜材料成本占变压器制造成本的比重在30%左右，变压器油则占比在15%左右。

行行查数据显示，换流变压器领域，国内厂商中国西电、特变电工、保变电气三家企业的份额基本接近。

国外厂商主要有ABB、西门子和阿海珐等。

交流变压器

变压器属于技术密集型产业，市场集中度高，排名前五的国家占据出口额的一半以上。我国变压器产品市场份额第二，为10.99%。排名前五的国家还有墨西哥、土耳其、加拿大和美国，占比分别为18.59%、8.38%、6.86%和6%。

外资跨国企业占据较大市场份额，变压器节能改造加速进口替代。

中国变压器企业可以分为四大阵营：1）第一梯队：ABB、AREVA、西门子、东芝等几大跨国集团公司在技术和管理优势已经具备优势，同时在变压节能改造上具备先发优势；2）第二梯队：保变、特变、西电等国内大型企业，有望通过提升产品的技术水平和等级追赶第一梯队，进行变压器节能改造的进口替代；3）第三梯队：江苏华鹏变压器有限公司、青岛青波变压器股份有限公司、顺特电气有限公司、山东达驰电气股份有限公司、杭州钱江电气集团有限公司等为代表的制造企业；4）第四梯队：不少民营企业由于经营机制灵活，也形成了一定的市场份额。

其中，特高压交流电变压器市场由特变电工、中国西电、保变电气三者占据，分别为35%、30%、30%，三家厂商在过往中标份额中基本接近，整体格局与特高压直流变压器市场竞争格局基本相同。

GIS组合电器

气体绝缘全封闭组合电器，占特高压直流总投资比例约13%。

GIS是由断路器、隔离开关、接地开关、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

特高压GIS领域，国内具备研制生产的企业主要为平高电气、中国西电、新东北电气、山东日立；国外生产厂家主要有ABB，东芝、三菱、日立、西门子和阿尔斯通等。

《“十四五”现代能源体系规划》提出，要加大力度规划建设以大型风光电基地为基础、以其周边清洁高效先进节能的煤电为支撑、以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源供给消纳体系。并建设智能高效的调度运行体系。在国家顶层设计和两大电网公司投资建设的推动下，“十四五”期间特高压和智能电网将迎来新一轮建设。

文章来源： 乐晴行业观察，新思界网，南方plus客户端，紫龙观察