一、导 言
我国的电力工业充满生机与活力，正在阔步跨入21世纪。我国形成巨大的电力市场。1998年底，全国发电装机容量达2.6亿kW左右，年发电量1.160万亿kWh。展望未来，任务艰巨而前景美好。设想2000年装机容量达2.9亿kW，2010年达到5.0～5.5亿kW。为达此目的，我国将实施“优化火电结构，大力发展水电，适当发展核电，因地因网制宜开发新能源，同步建设电网，积极减少环境污染，开发与节约并举，把节能放在首位”的方针。
随着发电装机容量和发电量的增加，输电供电的矛盾日益突出。全国城乡电网都不同程度存在有电送不进、供不出、用不上的矛盾。
1998年，国家投入2500多亿元巨资，全面启动城乡电网建设改造，以增加内需，拉动国民经济。城乡电网建设改造，被作为基础设施建设。利用三年时间，对全国2400个县的农村电网和280个城市电网进行建设改造。完成的投资规模之大，工程量之集中，史无前例。这种大规模的城乡电网建设改造，为高压开关制造业乃至整个输配电行业带来千载难逢的大发展机遇。
二、城市电网特点
(1)简化电压等级
城网将电压等级划分为4个层次：
①高压送电电压，大城市220kV，中小城市110kV；②高压配电电压110kV、63kV、35kV；③中压配电电压10kV；④低压配电电压380V/220V。
以上电压等级为6个，具体到每个城市，必须简化为4个，例如，上海为220kV—35kV—10kV—380V/220V，东北为220kV—63kV—10kV—380kV/220V。在以上电压等级中，10kV作为中压配电电压和380V/220V作为低压配电电压为城网普遍采用。
(2)高压直接进入市区，深入负荷中心
电力有关规程(全国供用电规程)规定，凡送电容量超过160kVA，或用电容量超过250kW，则要求上高压，一般160～250kVA为6kV，315kVA以上一般为10kV。高压直接进入市区，深入负荷中心，可以减少线路损耗，提高供电质量。随着城市高楼大厦的崛起，生活小区的形成以及生产的集团化和规模化，需要高压送电给负荷中心。有关资料显示，如果将电压等级从380V提高到万伏级(10kV)，可减少线路损耗60％，又可减少用铜量及总投资52％，技术经济效益相当可观。
(3)在城乡改造和建设中，推行环网供电
用电缆，走地下，呈环路，可以减少供电的中断，同时大大减少了临时性故障。
由以上可知，城网的电压等级为10～220kV，建筑用电器的电压等级一般为10～35kV。在城网中，由于高压直接进入市区，深入负荷中心，因而高压开关的使用量增加，而且要求使用占地面积小、安全可靠且无油的电器。在城网建设与改造中，因推行环网供电，一种环网供电单元配电设备应运而生。
三、城网中的高中压开关设备
为适应城网建设改造的需要，高中压开关设备的发展趋势如下：
(1)在城市中心，新建设变电站要按无人值班(少人职守)设计，现有变电站进行改造也要以建成无人值班变电站为目标。要加大推广采用封闭组合电器(GIS)的步伐，努力减少占地和建设面积。
GIS将诸多高压元件既组合又封闭，利用了优异的SF6气体作为灭弧和绝缘介质，大大节省了变电站面积，带来巨大的综合效益，而且随着电压升高，这种综合效益更加显著。与敞开式电站相比，110kV GIS占地面积约为它的1／10。220kVGIS仅为敞开式的1／20。这对城市中心非常有利，因为城区寸土寸金，征地难且费用昂贵。在110kV～220kV级又出现三相共箱式结构，它以比单相式GIS大大减小了占地面积和体积。国外大量采用GIS，如日本新建变电站中，GIS占50％。而三相共筒式结构在国外公司中又占60％以上。我国也大力发GIS产品，现已开发至500kVGIS产品，但在110～220kV级，主要为分相式结构，而更为紧凑的三相共筒式结构构尚需要大力开发。
此次城网建设改造工程中，城区变电站优先选用SF6封闭式组合电器。预计110kV和220kVSF6封闭式组合电器将有相当大的增加。据高压开关行业协会(以下简称行协)的统计，1997年220kVGIS为22间隔，而1998年增至94间隔，增加近4.3倍。1997年110kVGIS为390间隔，而1998年增至450间隔，也有大的增加。
在110～220kV级，国内厂家主要生产压气式SF6断路器，而国外厂家却大力生产技术经济指标更先进的热膨胀式断路器。目前有几家合资公司(如北京ABB开关公司、苏州GEC Alsthom开关公司和杭州西门子开关公司)移地生产国外公司的热胀式的断路器。国内有几家已开发出或正在开发热膨胀式产品。
高压SF6断路器及GIS正在进行着二次技术革命，从传统的二次技术走向现代化技术。它使高压开关设备智能化，有利于实现无人值守。
现代二次技术采用了机电一体化技术，它是建立在微电子技术、信息传感技术、计算机控制技术、伺服驱动技术及精密机械技术高度发展之上的综合技术。
(2)中压开关无油化。我国曾是油断路器的王国，而城网越来越多地要求用无油断路器。油断路器虽结构简单，且价格便宜，但油断路器容易发生火灾和爆炸，且检修周期短，这不仅对运行不利且检修费高。在城网的高层建筑中，不准使用含油的电器，包括油浸变压器和油断路器。油断路器满容量开断3次就需检修，而无油开关如真空和SF6断路器满容量操作次数可达30～50次，且不会引起火灾，一般不会爆炸，更不会引起继发性故障。这样，无油断路器在它服役期间可不需检修或维修，因此无油断路器很适合城市的使用。另外，由于我国城网输送容量越来越大，如额定电流不仅需要中小参数还要求3150A和4000A高参数。无油断路器参数可做得高，我国已研制10kV3150～4000A的产品，城网不但要求额定电流大，而且要求短路开断电流大，我国无油断路器的额定短路开断电流已做到50kA～63kA，国外有的已做到70kA。
我国在中压无油化方面，奉行SF6和真空开关并驾齐驱发展的方针，在断路器、重合器、分段器及接触器方面，既有真空式，又有SF6式，各有特色。从制造看，真空开关的制造更适合国内企业制造现状。因此，真空开关生产和使用量远高于SF6开关产品，特别在10kV户内产品中，真空开关占绝对优势。而SF6开关在户外10kV特别在35kV级很有竞争能力。
我国虽曾是油断路器的王国，但从“八五”起，加快无油化的进程。据不完全统计，1994年，我国无油开关占45％，其中真空产品占30％，SF6产品占15％。1997年，我国已确立了无油开关的主导地位。据行协公布的统计数字，1995年无油开关在10kV占70.8％，而油开关仅占20.9％，在35kV级无油化进程也发展迅速，1995年无油开关占31.3％，油开关占68.7％，而1996年，无油开关已占一半以上，达56.2％，油开关仅占43.8％。从此摘掉了我国长期以来油断路器王国的帽子，从而走上无油化的发展道路。
从统计上看，在10kV级，真空开关占绝对优势，如1995年，真空开关已占62.4％，而SF6开关占8.4％，1996年真空开关进而占到69.9％，而SF6开关略有增加，为9.2％。从1998年看，真空开关处于绝对优势，占到79.27％。
在35kV级，1995年真空开关占21.5％，而SF6占9.8％，1996年真空开关占27.8％，SF6上升到18.4％，1998年上升到30.4％。应当指出，真空断路器在35kV级的增长还是近二三年的事情，但还缺乏实际运行考验，尚没有显著的优势。
作为成套设备，断路器柜有箱式，间隔式和铠装式。铠装移开式原先为落地手车式，现兴起中置手车式结构。铠装中置式柜是移开式铠装柜的一种最新类型。它相对于落地手车，将断路器置于中部。
(3)采用环网供电单元。由于在城网建设的改造中，推行环网供电，于是环网供电单元应运而生，环网供电不像架空线路，临时故障多，因此环网供电容量较小，且不要求高压开关重合闸。这样环网供电单元不同于一般的断路器柜，而是由3个间隔组成：一个进线间隔，一出线间隔，还有一个变压器回路间隔。其内用的开关，一般也不是断路器，而是负荷开关及熔断器。
环网供电单元有两种结构型式，一为空气绝缘式，另一为SF6绝缘式。空气绝缘式目前用得最多，配用产气式、压气式和真空式负荷开关。SF6绝缘式在国外普遍使用，我国也有生产的如我国设计的HXGN6型SF6环网供电单元在上海天灵开关厂大量生产。国内还有合资企业和苏州阿尔斯通公司生产的M24型环网供电单元和北京ABB公司生产的RGC型、北京安瑞吉公司生产的GA和GE型，还有西门子公司的8DJ10型和8DH10型、MG公司的RM6和SM6型等环网供电单元。
随着高楼大厦的崛起、生活小区的形成以及生产的集团化和规模化，环网供电单元在直接用户的使用越来越多，而且在大城市，SF6环网供电单元有明显上升的趋势。
据行协统计，1997年环网供电单元为12468单元，而1998年上升到16972单元。
(4)采用箱式变电站。由于高压直接进入市区，深入负荷中心，故大用户的供电方式成为高压受电—变压器降压—低压配电这样的格局。这种供电格局就是工厂制作的箱式变电站。箱式变电站(简称箱式站)一般由高压室、变压室和低压室组成。由于用户多，因此箱式站用量最大。箱式变电站(Cubicle－type Substation)的叫法在国内外并不统一，箱式变电站术语是现国标(报批稿)《3～3.5kV交流箱式变电站》统一的称谓。在这之前，国内也有叫“组合式变电站”、“成套变电站”。国外有叫“箱式高压受电单元”、“紧凑型变电站”等。1995年1月，IEC以1330(1995年11月)“高低压预装式变电站”标准正式颁布。
箱式变电站不同于常规化土建变电站，其主要特点为：
①变电站在制造厂完成设计、制造与安装，并完成其内部电气接线；
②变电站经过规定的型式试验考核；
③变电站经过出厂试验的验证。
箱式站有多种分类方法，如按安装场所，分为户内、户外；按高压接线方式，分为终端接线、双电源接线和环网接线；按箱体结构，分为整体、分体等。
进一步讲，箱式变电站是一种高压开关设备，配电变压器和低压配电装置按一定接线方案排成一体的工厂预制户内、户外紧凑式配电设备，即将高压受电、变压器降压，低压配电等功能有机地组合在一起。箱式站特别适用于城网建设与改造，具有成套性强、体积小、占地少、能伸入负荷中心、提高供电质量、减少损耗、送电周期短、选址灵活、对环境适应性强、安装方便、运行安全可靠及投资少、见效快等一系列优点。
箱式站用在市区，可装在人行道旁、绿化区、道路交叉口、生活小区、生产场地、房屋建筑内等。与土建变电站相比，箱式站大大减少了土建费和地皮费，这特别对市区繁华地段重要，那里寸土寸金。同容量箱式站的占地面积仅为土建站所占面积的1/5～1／10。同时大大减少了工程设计量和施工量，加之箱式站可免除用户申报基建项目，减少审批手续，做到投资少，见效快。
总之，箱式站有着广阔的使用范围，它适用于城市公共配电、高层建筑、住宅小区、公园、还适用于油田、工矿企业及施工场所等。它是继土建变电站之后崛起的一种崭新的变电站。这种变电站已在欧美普遍使用，在我国也为越来越多的用户接受并受到青睐。
箱式站一般为组合式结构，即高压室、变压器室和低压室可成“目”字型或“品”字型布置。“目”字型布置与“品”字型相比，“目”字型接线较为方便，故大多采用目字型布置。箱式站一般用于户外，故要从结构上解决许多问题，诸如：要防凝露(高压开关和低压开关设备若表面出现凝露，会引起闪络放电)；要防发热(变压器发热，会引起出力下降)；要防腐蚀(壳体在大气中容易受到腐蚀)；要防灰尘(自然通风，会夹杂灰尘，对绝缘不利)；要防爆炸(万一发生内部故障电弧，箱式站应能满足IEC1330《高低压预装式变电站标准》规定的6条判据)。
箱式变电站在欧美已普遍使用，在我国的使用也日益普遍。从生产看，箱式变电站也是一个增长热点。据统计，1997年箱式站产量为1255台，而1998年增至2255台。箱式变电站的国标号为GB/T17467—1998 egv IEC 1330∶1995
四、结 语
城网改造任务重，时间紧。对高中压开关提出了新的要求，如在市区，优先使用占地面积小又性能可靠的SF6封闭式组合电器(GIS)。在110kV～220kV级，SF6断路器将进一步扩大使用比例。在中压等级，断路器明显趋向无油化。无油断路器已占主导地位。作为无油断路器两大支柱的中压SF6断路器和真空断路器都有了长足的发展。环网供电单元和箱式变电站在直接用户中的使用越来越多。在大城市，SF6环网供电单元及配SF6环网供电单元的箱式变电站已明显地增多。