配电变压器位于中低压网络的核心，负责将系统一次电压降压至用电水平，同时影响故障特性、谐波以及保护的实现方式。

除了kVA额定值和效率等级之外，绕组连接方式、矢量组别和接地选择决定了相位关系、零序通路以及并联运行的可行性。本文探讨配电变压器的工作原理，以及对接地变压器的电压调节和系统性能影响最大的连接决策。

图1

降压变压器的工作原理

配电变压器通过电磁感应传输能量：交变磁通耦合在同一铁心上的一次绕组和二次绕组之间，感应出与匝数成正比的电压。对于理想变压器，基本关系由匝数比和功率平衡给出：

这些公式遵循法拉第定律，并假设两个绕组的磁链相等。

图2

在系统研究中，标幺值表示法简化了不同电压等级和铭牌额定值之间的比较。任何量的标幺值定义为实际值除以选定的基准值：

选定基准MVA和基准kV后，即可确定基准电流和基准阻抗，从而可以在不反复进行跨变压器的变比换算的情况下组合和比较阻抗。这种归一化处理是配电馈线短路和电压降分析的基础。

用户端的电压调节受变压器漏抗和分接头位置的影响。在实际应用中，负载下的电压降可以通过标幺值估算，方法是组合馈线和变压器的串联阻抗，并应用预期的负载功率因数;然后通过有载调压开关或无励磁调压分接头调整空载变比，使二次电压进入允许范围。IEC 60076-1规定了连接代号、额定值以及与确定分接头和并联运行相关的应用信息。

常见绕组连接方式

三角-星形(Δ-Y)： 一种广泛使用的配电连接方式，在星形侧提供接地中性点，用于四线二次供电。三角形绕组为三次谐波(3次、9次、15次……)励磁电流提供本地通路，限制了它们在线路侧的出现，有助于提高电压波形质量。该配置在一次和二次相量之间引入了30度的相位位移。

图3

星形-星形(Y-Y)： 在变比灵活性和绝缘经济性方面具有优势，但未接地的Y-Y连接可能遭受中性点不稳定和三次谐波电压畸变，因为三倍频分量没有内部循环通路。通常采用三角形第三绕组或直接接地中性点来稳定零序网络并控制谐波电压。

图4

三角-三角(Δ-Δ)： 在不平衡负载下具有鲁棒性，且对变压器组中单台故障有较好的容忍度。由于没有中性点引出，为四线负载供电时需要单独的接地措施。闭合三角形连接本身能够陷波三倍频谐波，将其限制在三角形回路内，减少其向上游传播。

图5

矢量组别和相位移

矢量组别提供了一种紧凑、标准化的方式来描述绕组连接方式以及高压和低压绕组之间的相位位移。IEC 60076-1定义了表示方法和“时钟序数”法：大写字母表示高压侧，小写字母表示低压侧，数字(0-11)表示低压相量相对于位于12点钟方向的高压相量以30度为步长的位置。例如，Dyn11表示三角形连接的高压绕组，星形连接且中性点引出的低压绕组，以及对应于“11点钟”方向的30度位移。

这30度的位移具有直接的运行影响。以相角为参考的保护装置整定值——如方向性元件、差动继电器或同步检查闭锁——必须考虑矢量组别，以确保测量量正确对齐。同样，仪表变压器的负担和接线也需根据连接本身的位移进行安排。

图6

当馈线或二次母线并联时，时钟序数不匹配会导致环流产生，即使空载时变比匹配，也会立即引起保护动作;因此，打算并联运行的电源必须具有相同的矢量组别。

并联运行不仅仅取决于连接代号。为了在不产生过大环流的情况下分担负载，各变压器必须具有兼容的额定变比(和分接头位置)、紧密匹配的百分比阻抗和X/R比，以及相同的相序和极性。IEC 60076-1在规范数据中涉及并联运行，行业惯例文件强调在尝试闭合并联之前必须匹配矢量组别、变比和阻抗。当并联运行的是有载调压变压器时，需采用专门方案来协调分接头动作并抑制循环无功功率。

接地和中性点考虑

接地方式决定了零序行为、故障电流幅值以及保护的灵敏度和选择性。

直接接地系统将中性点直接接地，为接地故障提供低阻抗路径。在配电电压等级下，单相接地故障电流可能接近甚至超过三相故障电流，这使得保护能够快速、灵敏地动作，但对设备施加了更高的热应力和机械应力，并需要仔细协调接地故障元件。IEEE接地实践文件(IEEE Std 80)讨论了这些特性以及何时优先采用直接接地。

电阻接地系统在变压器中性点与地之间串入一个电阻。低电阻接地(LRG) 将故障电流限制在数百安培，支持有选择性的馈线保护，同时降低损坏能量。高电阻接地(HRG) 将故障电流限制在几安培，允许在单相接地故障下继续运行，同时进行报警和定位处理;它适用于那些供电连续性比立即跳闸更重要的场合。在直接接地、LRG和HRG之间的选择需考虑过程关键性、电弧能量和接地故障检测要求。

接地选择与绕组配置和矢量组别直接相关：

带接地星形二次侧的三角-星形连接为四线配电提供了明确的中性点参考，并在三角形绕组中为三倍频谐波提供了内部通路。这种组合稳定了中性点电压并限制了三倍频电流，这些优点使其在商业和公用事业网络中得到广泛应用。

不带三角形第三绕组的星形-星形连接在不平衡或谐波条件下可能出现中性点偏移，因为零序电流没有内部循环路径。增加三角形第三绕组或将中性点接地可以建立零序通路，减少三次谐波电压畸变，并使保护继电器动作更加可预测。

三角-三角连接没有中性点;如果需要为四线负载供电或需要接地故障保护灵敏度，则由单独的接地变压器(之字形或星形-三角)提供接地。三角形连接陷波三倍频分量的能力在给非线性负载供电时非常有用，因为这类负载会升高中性点电流并使相电压畸变。

这些零序行为影响故障研究。当低压侧为接地星形时，低压侧的相对地故障具有完整的零序回路，因此故障电流幅值较高;相比之下，电源侧为三角形连接时，零序电流无法向上游传递。为了准确建模，需要表示序网络和变压器按其矢量组别的连接方式，然后以标幺值求解，从而将馈线、变压器和电源阻抗一致地组合起来。

保护方案与接地方式相匹配：

在直接接地系统上，接地故障继电器通常采用灵敏的启动值和方向性元件，以维持互联馈线的选择性。高零序故障水平允许快速切除故障，以减轻设备应力。

在LRG系统上，馈线接地故障继电器的整定值高于电阻的允许通过电流;灵敏度仍然良好，但与直接接地相比，配合裕度有所改善。

在HRG系统上，接地故障检测使用灵敏的电压和电流继电器，测量中性点对地电压升高和通过电阻的受限中性点电流;跳闸通常保留给发生在不同相上的第二次接地故障，此时网络表现为经过地的相间故障。

多种因素的综合作用

配电变压器在塑造中低压网络的电压分布和系统行为方面起着关键作用。电磁原理和匝数比公式定义了V、I和N之间的基本关系，但系统行为取决于绕组连接方式、矢量组别的相位移以及中性点的处理方式。

三角形绕组为三倍频分量提供本地通路;接地星形绕组建立可靠的参考点和零序通路;而星形-星形连接则受益于三角形第三绕组或有意的接地来稳定中性点。只有当矢量组别、变比、阻抗和分接头匹配时，并联运行才成为可能。在整个过程中，标幺值建模提供了一个统一的标度，用于评估不同电压等级下的电压调节、负载分配和故障情况。

借助IEC 60076-1指导连接代号和数据的确定，以及IEEE Std 80规范接地和保护，可以配置出合适的变压器方案，在现代配电系统中实现稳定的电压、可控的故障电流和可靠的保护。