GIL行业深度研究报告：大容量、高安全的GIL输电，有望给特高压项目带来新的增量

GIL是一种大容量 、 高安全 、 长寿命的输电方式。GIL（Gas-Insulated Transmission Lines）是气体绝缘输电线路，主要有备容量大、安全性高、使用寿命长（50年以上）、易维护、电磁辐射小的优势。从成本上来看，GIL因一般采用隧道管廊敷设，初始土建成本较高，但电压等级越高其成本劣势越小，从全生命周期来看，在特定场景的大容量输电上能够更加经济；在应用场景上，GIL开始早先主要应用在大型核电站、水电站，现在正在逐步拓展到输电网、工业、城市电网等领域。 特高压线路跨江廊道或将紧张，GIL管廊穿江有优势，有望给特高压项目带来新的设备增量。作为长距离跨区域配置电能的特高压线路，其线路穿越江河、山岭是常态，随着特高压项目建设提速，输电线路跨越长江的廊道资源或将更加紧缺。相比架空线路，GIL管廊方案对江面航道和生态环境的影响明显更小，GIL方案未来将有望在复杂地形被更多应用。目前国内已有苏通GIL管廊（1000kv）首个特高压线路穿江成功案例，新增特高压项目中甘肃-浙江、浙江交流环网均有涉及GIL管廊规划，我们预计使用GIL管廊（单线路仅考虑受端建设一个GIL管廊）有望给特高压项目设备招标带来5-10亿元的增量。 特高压GIS供应商将受益，预计行业竞争格局优质。GIL与GIS技术同源，行业GIL供应商大部分为GIS企业，GIL设备有望给GIS企业带来纯增量市场。市场格局方面，GIL产品质量固然重要，但我们认为核心壁垒是GIL设备的工程设计、基建、安装以及设备供应商的过往业绩积累。参考超高压和特高压GIS，高电压等级的GIL供应商数量不会很多，同时考虑到GIL对工程技术要求更高，预计其竞争格局更优，盈利水平也将保持高位。 投资建议：特高压项目建设提速，GIL管廊在穿越复杂地形时更具优势，有望在部分特高压项目输电的局部地带（如跨江）的架空线路进行替代，GIL设备价值量和盈利能力高，有望给特高压项目招标带来新增量，对于GIL设备供应商而言也有望增量受益，建议关注：平高电气、中国西电、长高电新、安靠智电。 风险提示：特高压项目建设开工不及预期；GIL技术推广不及预期；行业竞争加剧。 投资主题 报告亮点 GIL是电力设备行业的一个细分产品，尚处于推广过程中，目前市场相关研究仍然较少，本研究具备一定前瞻性。报告首先详细介绍了GIL设备，包括GIL设备结构、核心优势、应用场景和发展趋势；此外，本报告还关注到了GIL设备在特高压项目规划中的边际变化，对特高压项目新增GIL管廊规划的核心原因做出了逻辑分析，然后基于历史首条特高压GIL管廊相关信息和数据，测算了新增特高压相关项目GIL设备价值投资量，并对GIL设备供应商的市场格局和核心竞争力做出了分析。 投资逻辑 GIL管廊在穿越复杂地形的输电具备优势，随着特高压项目建设越来越多，输电线路的跨江廊道资源或将紧缺，GIL管廊建设需求有望增长，目前已经新增两例特高压项目涉及GIL管廊规划。在特高压项目中，GIL跨江管廊是在局部对架空线路的替代，供应商由线缆企业变为GIL设备企业（特高压GIS供应商和专业GIL供应商），且由于GIL设备价值量高、盈利能力好，有望给特高压项目设备招标和相关标的带来新的增量贡献。 一、GIL（气体绝缘输电线路）：一种大容量、高安全的输电方式 （一）GIL：一种大容量、高安全、寿命长的输电方式 1、GIL是一种气体绝缘输电线路 GIL(Gas-Insulated Transmission Lines)即气体绝缘输电线路，是一种采用SF6等气体绝缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流、长距离电力传输设备。GIL的气体绝缘系统由绝缘件、导体、铝合金管材外壳以及绝缘气体组成。其中，绝缘件用于将导体固定于管道系统中心从而保证电场的均匀分布，通常由环氧树脂和填料制成，常用的主要有支柱绝缘件、盆式绝缘件和气密盆式绝缘件三种；外壳材料为铝板或挤制型材，具有气密特性的分子结构，同时通过严格的焊接条件保证输电线路的气密性；导体管由铝含量>99.5%的电气铝制成，电阻和输电损耗低；滑动触头则用于补偿导体电流发热产生的热膨胀。 GIL通常由直线模块、转角模块、补偿器模块和隔离模块4种标准单元组成。直线模块是单相绝缘的GIL段，可以在隧道内不采取任何外部防腐保护来敷设，其弯曲半径通常大于 400m ，如果需要比直线模块的弹性弯曲更大的转向则需加转角模块。隔离模块用于分隔气室提升系统安全性，并且在GIL调试时连接高压试验设备，需每隔1000- 1500m 进行放置。补偿器模块则用于补偿外壳管长度方向的热运动，可以吸收300- 400m 的外壳管热膨胀，通常安装在隧道内，直埋GIL无需加装该模块。 图表1 GIL线路结构 图表2 GIL组成部分 具体来看，在实际进行输电线缆的选取时，GIL输电的以下特点往往是重要优势： ①绝缘气体SF性能优良：1）化学性质稳定：SF属于惰性气体，本身无毒，超过700℃或在电弧作用下才会分解。一方面，GIL不具备开断电功能，因此电弧分解风险小。 另一方面，GIL运行的最高温度由绝缘材料决定，通常在105-120℃，按照相关标准规定的可触摸温度，直埋式GIL的土壤温度范围是40-50℃，隧道安装时温度为60～70℃，再加上气体优良的对流传热特性，GIL壳体内局部过热风险较小。因此，在实际运用中SF几乎不会发生分解。2）电气性能优异：SF具有高灭弧能力和高绝 ②输电能力强：在高压输电应用中，线缆材料本身和环境都存在最高温度限额。线缆的输电载流量与最高允许导体温度、周围环境温度、导体电阻等因素有关，输电能力越强，对于线缆的散热能力和损耗的要求越高，因此高压线常以架空裸线的方式敷设。GIL采用SF气体进行绝缘，能够有效降低输电时的温度和损耗，输电能力大幅提升，这使得超、特高压输电入地成为可能。目前GIL技术已能够广泛覆盖10-1000kV各电压等级，最高额定电流可达8000A，当电流超过400A时损耗主要取决于导体损耗，因此额定电流越高GIL输电优势越大。 ③安全性高：GIL外部拥有坚硬的铝外壳，内部由铝、SF或混合绝缘气体和环氧树脂组成，这些原料都具有不可燃特性，不会增加火灾载荷，相比于常规电缆能够有效降低火灾隐患。 ④电磁辐射小：GIL运行时有完整的接地系统和低阻抗的外壳管，能够产生相当于导体流经电流99%的反向感应电流，因此重叠电流产生的剩余磁场非常低，在接地系统的作用下，电场可近乎为零。得益于此，GIL与架空线和常规入地电缆相比磁通量密度最小。 图表3 1700安GIL不同程度过载的最高外壳温度 图表4 N2 /SF混合气体的标幺特性 图表5架空线路、XLPE电缆和GIL损耗对比 图表6架空线、电缆和GIL的磁通量密度的对比 2、横向对比：具备容量大、寿命长、安全性高等优势 GIL与其他输电形式相比具有综合优势。目前输电主要用到地下高压电缆、架空线和GIL。 与另外两种方式相比，GIL在安全性、线路损耗、额定电流、智能化程度与运维难度上占优势。尽管因SF6的使用以及隧道建设等使得GIL工程的短期投入显著高于常规电缆与架空线，但考虑到GIL更长的使用寿命，全生命周期来看，高电压等级的GIL（如220kv以上）设备将更经济。 图表7地下GIL管廊、常规地下电缆与架空线对比 （二）应用场景：多用于大型电站出线，向城市、工业以及电网拓展 GIL应用场景逐渐从发电端拓宽至配电端。随着经济发展，社会用电需求不断增长，带动发电装机量增长、高压电网建设加速，再加上充电桩布局的提速，对电网的输电能力和输电安全性提出了新要求，GIL的使用场景也随之拓展。最初GIL主要用于发电厂进线与架空线和变电站相连接的路段中，如今被广泛用于城市电网架空线入地迁改、工业园区以及一些复杂、严酷环境的高压输电场景中。 Ⅰ.大型水电、核电发电站：因GIL额定电流大、电压等级高，能够避免使用常规电缆时对电流的多回路分流，弥补500kV以上电缆无法入地的缺憾，最初主要被用在核电站和大型水电站的进线中，一直以来也是国外大型地下电站的高压引出线的首选方案。 图表8大亚湾核电站送出工程采用GIL技术 图表9青海省拉西瓦水电站GIL送出系统 Ⅱ.城市电网：城市电网在建设时主要考虑人居环境的安全性以及工程与城市经济发展的协调性，近年来随着居民用电量的增加和电车充电等用电场景引入，高电压等级输电成为刚需，加之城市面貌焕新和架空线整治的推动，GIL在城市电网的应用空间更加广阔。 一方面，GIL的绝缘气体化学性质稳定不存在毒害危险，电磁辐射小且所用材料不可燃，有利于打造安全宜居的城市环境；另一方面，GIL使用寿命高达50年以上，具备全生命周期成本节约的优势，能够延长城市电缆翻新周期，且线缆入地能够提高城市地面空间的利用率，改善城市面貌，创造更多的经济效益。因此，我们认为，GIL是城市大容量输电的最优解。 图表10城市电网500kV GIL输电线路（常州武进） 图表11城市电网220kV单相GIL输电线路（无锡） Ⅲ.工业园区：工业园区包括各类化工工业园、采矿冶金工业园、装配制造工业园、大数据产业园区等，通常具有人员众多、环境复杂的特点，对于输电安全要求较高，同时园内用电量大、所需电压等级高，采用GIL能够适配其输电容量和安全性要求。 图表12鲁西化工220kV GIL输电线路工程 Ⅳ.复杂场景输电：GIL还用于一些自然环境恶劣、地形复杂、对输电安全性考验大的场景。2019年，苏通GIL综合管廊工程的投运打造了一个复杂环境下特高压领域的GIL应用范例，该工程隧道长达5468.5米，盾构直径12.07米，最低点标高-74.83米，是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最长的GIL创新工程。工程建成后形成华东特高压交流双环网，显著提高地区供电可靠性和安全稳定水平，为特殊环境高电压等级输电提供优秀范例，也降低了对长江生态环境的影响。 图表13华东特高压交流双回环网 图表14苏通特高压交流GIL综合管廊江底示意图 （三）发展趋势：高压直流GIL是重点发展趋势 高压交流GIL技术相对成熟、有一定应用，高压直流GIL是重点发展趋势。交、直流GIL在电场分布、电荷积聚、多场耦合、金属微粒等方面有很大不同。虽然在长距离的高压输电中，直流输电相比交流输电具有损耗低的优势，最初的GIL也是按直流设计的，但直流在绝缘系统的电气稳定性方面出现很多问题尚待解决，因此GIL的研发走向交流系统，交流GIL的研发相对很成功，产品也得到了对应的应用，直流GIL则仍有相关技术需要攻克。目前直流GIL的研发及可靠性工程化应用需要攻克直流多场耦合特殊性、直流材料与配方、结构设计、工艺质量管控以及在线监测等效考核5大技术难题。 图表15交、直流GIL技术不同点 图表16直流GIL需要攻克的关键技术 二、跨江廊道资源或紧张，GIL有望成为特高压项目设备新增量 （一）输电线路跨江廊道资源或紧张，GIL管廊有望部分替代架空线路 1、特高压线路建设提速，跨江廊道资源或将紧张 十四五以来，特高压项目建设提速。截至2023年底，中国已建成特高压交流线路19条、特高压直流线路20条，形成“西电东送”北、中、南三大通道的跨省跨区输电格局。特高压通道是风光大基地新能源外送的刚需通道，历史上开工呈现一定周期性。2023年国内特高压项目开工4直2交，直流项目开工数量重回历史最高，十四五末特高压开工数量有望维持高位。 图表17我国九大清洁能源基地 图表18国网历年特高压线路开工条数 特高压相关线路跨江选址廊道资源或将紧张。以长江为例，受端为华东地区的特高压线路多需要穿越长江流域，为了避免江面中心立塔影响长江航道资源，特高压线路跨江通常在江面两岸立塔，跨江跨度越长，则立塔越高、施工难度与建设成本也越大。从过往一些500kv和特高压跨江线路来看，铁塔跨江距离一般在3km以内，跨江距离越大，塔高高度也越大，跨江距离超过2km时，塔高超过 300m 。我