CN115079042A - 一种基于声波的变压器匝间短路检测定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于声波的变压器匝间短路检测定位方法及装置，包括：基于变压器的绕组变比以及变压器容量确定变压器低压侧绕组的线径以及高压侧绕组的线径以及线长，以及确定当前测试环境的环境温度；基于变压器的绕线方式配置相应的声波发射模式，不同的声波发射模式具有对应的声波发射参数；利用配置的声波发射模式，在指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在变压器绕组的低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号；基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路。本发明在相应的发射模式下执行声波发射，以及在接收端接收检测信号，从而能够快速判断变压器的各绕组是否存在匝间短路。
Description
技术领域
本发明涉及变压器故障检测技术领域，尤其涉及一种基于声波的变压器匝间短路检测定位方法及装置。
背景技术
随着城市电网的迅速发展，电缆在配出线路中的比重越来越大、环网结构越来越复杂，致使线路对地电容电流急剧增加。一旦系统发生单相接地故障，接地电弧无法自行消失，易产生幅值较高的弧光接地过电压，对电气设备绝缘造成破坏，引起的铁磁谐振过电压容易烧毁电压互感器，严重影响了电力系统的稳定运行。为防止上述事故的发生，利用ZNyn11型接地变压器人为的制造一个供接地电阻或消弧线圈接地的中性点，同时为节省成本和空间，增加第三绕组用于变电站内部设备供电。可见，接地变压器在电力系统中具有十分重要的作用。
现有技术中，变压器继电保护装置的基本配置为电流速断保护和过电流保护。但电流保护动作之后，仅能够确定变压器发生了故障。但在不拆开变压器的情况下，无法判断是否发生了匝间短路，更无法判断匝间短路故障的具体位置。
发明内容
本发明实施例提供一种基于声波的变压器匝间短路检测定位方法及装置，实现无需拆开变压器即可判断匝间短路故障，并且在一些示例中能够判断出匝间故障的具体位置。
本发明实施例提出一种基于声波的变压器匝间短路检测定位方法，包括：
基于变压器的绕组变比以及变压器容量确定变压器低压侧绕组的线径以及高压侧绕组的线径以及线长，以及确定当前测试环境的环境温度；
基于变压器的绕线方式配置相应的声波发射模式，不同的声波发射模式具有对应的声波发射参数，其中不同线径、不同线长以及不同的环境温度的声波发射参数不同，以使得在配置后，在变压器绕组无故障的情况下经过一项绕组后具有相近的声波衰减；
利用配置的声波发射模式，在指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在变压器绕组的低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号；
基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路。
在一些实施例中，利用配置的声波发射模式，在指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在变压器绕组的低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号包括：
在绕组为星型连接的情况下，在中性点引出线上指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号；
在绕组为三角连接的情况下，在任一项绕组引出线上指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在低压侧或高压侧的该任一项绕组的前向绕组，检测声波信号，依次更改声波发射位置，发射并检测声波信号。
在一些实施例中，基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路包括：
持续第二时长在非声波输入项接收声波信号，其中第二时长大于第一时长；
基于各项绕组接收到的声波信号，进行对比，在任一项绕组接收到的声波信号的衰减与其他至少两项绕组的声波信号的衰减不同的情况下，则判断该任一项绕组为匝间短路故障项绕组，以及判断其他至少两项为正常项绕组。
在一些实施例中，基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路之后，还包括基于各项绕组接收到的声波信号进行故障定位：
基于无故障项绕组接收到的声波信号作为背景对故障项的声波信号进行过滤，获得故障信号；
确定所述故障信号在所述第二时长内的起始时刻；
根据所述起始时刻以及所述故障信号的持续时长，对匝间短路的具体位置进行定位。
在一些实施例中，根据所述起始时刻以及所述故障信号的持续时长，对匝间短路的具体位置进行定位包括：
确定声波信号在当前环境温度下，在绕组内的传播速度，基于所述起始时刻以及所述故障信号的持续时间判断故障信号的传输距离；
基于所述传输距离以及该项绕组的绕线方式确定匝间短路的具体位置。
在一些实施例中，所述变压器匝间短路检测定位方法还包括：
在该故障项，重复检测多次声波信号，并过滤后获得多个故障信号，基于多个故障信号对匝间短路的具体位置进行定位。
在一些实施例中，基于多个故障信号对匝间短路的具体位置进行定位包括：
基于多个故障信号进行信号增强，以获得融合信号，其中信号增强并且保持故障信号预设范围内的噪声信号；
确定包含噪声信号的融合信号在所述第二时长内的起始时刻的时隙宽度；
基于所述时隙宽度确定匝间短路故障的故障程度。
本发明实施例还提出一种基于声波的变压器匝间短路检测定位装置，包括处理器，其配置为：
基于变压器的绕组变比以及变压器容量确定变压器低压侧绕组的线径以及高压侧绕组的线径以及线长，以及确定当前测试环境的环境温度；
基于变压器的绕线方式配置相应的声波发射模式，不同的声波发射模式具有对应的声波发射参数，其中不同线径、不同线长以及不同的环境温度的声波发射参数不同，以使得在配置后，在变压器绕组无故障的情况下经过一项绕组后具有相近的声波衰减；
利用配置的声波发射模式，在指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在变压器绕组的低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号；
基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路。
本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本公开各实施例所述的基于声波的变压器匝间短路检测定位方法的步骤。
本发明实施例利用配置声波发射模式，并在相应的模式下执行声波发射，以及在接收端接收检测信号，从而判断变压器的各绕组是否存在匝间短路，在一些示例中还可以判断出匝间短路的具体位置。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本实施例的变压器匝间短路检测定位方法的基本流程图；
图2为本实施例的变压器的三角连接示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提出一种基于声波的变压器匝间短路检测定位方法，本申请的方案应用于使用空气实现匝间绝缘的普通变压器，也即变压器绕组匝间具有一定的空气距离，如图1所示，本申请的方法包括如下步骤：
在步骤S101中，基于变压器的绕组变比以及变压器容量确定变压器低压侧绕组的线径以及高压侧绕组的线径以及线长，以及确定当前测试环境的环境温度。具体的变压器的绕组变比以及变压器容量可以通过查询变压器铭牌获得，可以预先根据变压器的变比以及容量进行测试，并制备关系表，从而确定出常规铜材质下的变压器低压侧绕组的线径以及高压侧绕组的线径以及导线的线长。并且本示例中进一步考虑了环境温度对声波在导体中传播速度的影响，从而能够进一步保证后续对匝间短路故障位置进行定位的精度。
在步骤S102中，基于变压器的绕线方式配置相应的声波发射模式，不同的声波发射模式具有对应的声波发射参数，其中不同线径、不同线长以及不同的环境温度的声波发射参数不同，以使得在配置后，在变压器绕组无故障的情况下经过一项绕组后具有相近的声波衰减。本示例中声波可以是常规声波，超声波等具体可以根据实际需要确定，具体的声波发射参数可以预先在试验环境测试获得，一般情况下，低压侧变压器的绕组线粗于高压侧绕组，而高压侧绕组的线长于低压侧绕组，利用配置后的声波信号在经过无故障的绕组的项的情况下，声波信号能够衰减到设定的幅值区间，本实施例中所指的设定的幅值区间可以是一个窄范围的幅值区间，通过这样的方式能够极大提高配置的便利性。利用本发明方法在经过少量的测试之后即可获得多种对应电压等级的配置模式，从而将本发明方法应用于各种场景下执行匝间短路故障的测试。并且通过配置声波发射模式的方式可以极大降低后期执行信号处理的过程的复杂程度。
在步骤S103中，利用配置的声波发射模式，在指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在变压器绕组的低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号。具体的可以根据检出的声波信号的需求设置该指定位置，例如可以设置在绕组的某一项，在具有中性线的情况下，也可以将声波的发射点设置在中性线上，又比还可以利用变压器的伸出线缆来延长声波的传输距离，具体可以根据实际的测试环境决定。利用声波的测试方式能够在无需拆解变压器，甚至在变压器运行过程中，按照指定的时间间隔对变压器发射声波信号，以完成检测，从而实现带电的在线运行检测。本示例中对发射第一预设时长的声波的方式不做限定，例如可以将第一预设时长划分为多个子时间段，在每个子时间段发射一段声波信号，通过这样的方式在后续信号处理中可以将第二预设时长内的信号进行信号增强，从而便于后期的信号过滤等。本示例中所指的同时是在同一时刻开启该项绕组的声波接收装置，以接收声波信号，在后续信号处理中，可以根据该开始检测声波信号的时刻，来实现对匝间短路故障的具体定位。
在步骤S104中，基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路。在实际运行环境中，多数情况下发生一项绕组出现匝间短路故障，因此可以直接利用例如低压侧的ABC三项之间进行对比，从而判断出变压器绕组是否存在匝间短路故障。而本申请的方案通过配置之后，还可以直接利用高压侧和低压侧检测到的声波信号进行综合对比，从而无需多次反复测取数据，也能获得足够的数据参考，提高测试的效率。在极端情况下，例如存在两个绕组的变压器存在匝间短路故障，仅利用低压侧或仅利用高压侧的数据来进行判断可能存在误差，而通过本申请的配置方式能够避免此类情形，提高判断出绕组存在匝间短路故障的准确性，并且无需多次的重复测量。本示例中声波信号经过匝间短路故障位置处由于声波信号的衍射作用相比正常的绕组，声波信号会在故障处发生匝间传播，从而在故障处形成故障声源，故障声源在该位置发出声波信号。本示例中可以通过对比各项检测到的声波信号，从而判断出某项绕组存在匝间短路故障。
本发明实施例利用配置声波发射模式，并在相应的模式下执行声波发射，以及在接收端接收检测信号，从而判断变压器的各绕组是否存在匝间短路，在一些示例中还可以判断出匝间短路的具体位置。
在一些实施例中，利用配置的声波发射模式，在指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在变压器绕组的低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号包括：
在绕组为星型连接的情况下，在中性点引出线上指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号；
在绕组为三角连接的情况下，在任一项绕组引出线上指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在低压侧或高压侧的该任一项绕组的前向绕组，检测声波信号，依次更改声波发射位置，发射并检测声波信号。
具体的，本示例中例如在接线号为DYn接线方式的变压器中，可以在星型连接(Y)的中性点发射第一预设时长的声波，并且同时在引入电缆的ABC三项分别、同时检测声波信号，从而提高检测的效率。而对于D接法，如图2所示，对于任一项绕组的检测声波信号，可以在相邻的前项上检测获得。由此对于D接法的绕组，可以设置三组声波发射以及接收装置，依次更改声波发射位置，从而实现对每项绕组的检测。
在一些实施例中，基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路包括：
持续第二时长在非声波输入项接收声波信号，其中第二时长大于第一时长。本示例中设置第二时长大于第一时长，第二时长的起始时刻与第一时长相同，且各个第二时长相同，通过这样的设置方式能够完整接收所发射的声波信号，并且能够采集到足够的环境噪声，用于进行信号过滤。
基于各项绕组接收到的声波信号，进行对比，在任一项绕组接收到的声波信号的衰减与其他至少两项绕组的声波信号的衰减不同的情况下，则判断该任一项绕组为匝间短路故障项绕组，以及判断其他至少两项为正常项绕组。一种具体的判断方式，由于所配置的声波发射模式，在正常情况下，各项绕组接收的信号的衰减是相近的，若存在某一项绕组的声波衰减，明显大于其他各项绕组，则可以判定该项绕组存在匝间短路故障。
在一些实施例中，基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路之后，还包括基于各项绕组接收到的声波信号进行故障定位：
基于无故障项绕组接收到的声波信号作为背景对故障项的声波信号进行过滤，获得故障信号；
确定所述故障信号在所述第二时长内的起始时刻；
根据所述起始时刻以及所述故障信号的持续时长，对匝间短路的具体位置进行定位。
具体的本示例中进一步说明基于各项绕组接收到的声波信号进行故障定位的方案，本示例中可以基于无故障项绕组接收到的声波信号作为背景来对故障项进行滤波，具体的可以先去除无故障项绕组接收到的声波信号中的峰值信号，并去除故障相的峰值信号，再以去除峰值信号的两组信号，进行滤波，从而过滤后的信号即为故障信号。本示例中采用发射声波和接收声波为同时进行，因此故障信号出现的时间轴即为发生匝间短路故障的节点，由此可以实现对具体故障位置的定位。具体的信号处理方案不限于前述，也可以先基于各正常项绕组的声波信号进行增强，或者对故障相执行多次声波信号采集，从而提高故障定位的准确性。
在一些实施例中，根据所述起始时刻以及所述故障信号的持续时长，对匝间短路的具体位置进行定位包括：确定声波信号在当前环境温度下，在绕组内的传播速度，基于所述起始时刻以及所述故障信号的持续时间判断故障信号的传输距离；基于所述传输距离以及该项绕组的绕线方式确定匝间短路的具体位置。本示例中根据前述采集的环境温度可以确定出声波信号在导体内容的传输速度，由此可以依据所确定的故障信号的起始时刻来判断故障位置。根据起始时刻以及所述故障信号的持续时间判断故障信号的传输距离，由此根据实际的变压器的绕线方式，能够判断出出现匝间短路的具体位置。
在一些实施例中，所述变压器匝间短路检测定位方法还包括：在该故障项，重复检测多次声波信号，并过滤后获得多个故障信号，基于多个故障信号对匝间短路的具体位置进行定位。在一些实施例中，基于多个故障信号对匝间短路的具体位置进行定位包括：基于多个故障信号进行信号增强，以获得融合信号，其中信号增强并且保持故障信号预设范围内的噪声信号；确定包含噪声信号的融合信号在所述第二时长内的起始时刻的时隙宽度；基于所述时隙宽度确定匝间短路故障的故障程度。本示例中进一步通过多个故障信号实现匝间绝缘故障的定位以及判定匝间短路的故障情况，具体的可以多次采集故障信号，并基于多个故障信号进行增强和信号融合，由此融合后的故障信号包含一定范围的噪声信号，可以基于噪声信号的范围，来确定匝间短路的程度。在实际应用场景中，融合后的信号所引入的噪声越大匝间短路的短路程度也会相应增大，因此本示例中通过多次检测声波信号并叠加的方式，还能进一步判断出匝间短路的程度，从而为后期维修以及故障分析提供有效的依据，提高维修以及故障分析的效率。
综上，本发明提出的变压器匝间短路检测定位方法是一种无伤且可以在线运行的匝间短路检测定位方法，并且无需拆卸变压器即可实现匝间短路故障的定位，并判断出匝间短路故障的故障程度。同时本申请的方案可以根据具体的运行环境调整声波的发射模式，通过这样的设计，无需借助任何神经网络算法，极大降低了后期信号处理的复杂程度，尤其适用于在线定期监测的应用场景，提高变压器的运行可靠性。
本发明实施例还提出一种基于声波的变压器匝间短路检测定位装置，包括处理器，其配置为：
基于变压器的绕组变比以及变压器容量确定变压器低压侧绕组的线径以及高压侧绕组的线径以及线长，以及确定当前测试环境的环境温度；
基于变压器的绕线方式配置相应的声波发射模式，不同的声波发射模式具有对应的声波发射参数，其中不同线径、不同线长以及不同的环境温度的声波发射参数不同，以使得在配置后，在变压器绕组无故障的情况下经过一项绕组后具有相近的声波衰减；
利用配置的声波发射模式，在指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在变压器绕组的低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号；
基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路。
本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本公开各实施例所述的基于声波的变压器匝间短路检测定位方法的步骤。
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于声波的变压器匝间短路检测定位方法，其特征在于，包括：
基于变压器的绕组变比以及变压器容量确定变压器低压侧绕组的线径以及高压侧绕组的线径以及线长，以及确定当前测试环境的环境温度；
基于变压器的绕线方式配置相应的声波发射模式，不同的声波发射模式具有对应的声波发射参数，其中不同线径、不同线长以及不同的环境温度的声波发射参数不同，以使得在配置后，在变压器绕组无故障的情况下经过一项绕组后具有相近的声波衰减；
利用配置的声波发射模式，在指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在变压器绕组的低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号；
基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路。
2.如权利要求1所述的基于声波的变压器匝间短路检测定位方法，其特征在于，利用配置的声波发射模式，在指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在变压器绕组的低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号包括：
在绕组为星型连接的情况下，在中性点引出线上指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号；
在绕组为三角连接的情况下，在任一项绕组引出线上指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在低压侧或高压侧的该任一项绕组的前向绕组，检测声波信号，依次更改声波发射位置，发射并检测声波信号。
3.如权利要求1所述的基于声波的变压器匝间短路检测定位方法，其特征在于，基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路包括：
持续第二时长在非声波输入项接收声波信号，其中第二时长大于第一时长；
基于各项绕组接收到的声波信号，进行对比，在任一项绕组接收到的声波信号的衰减与其他至少两项绕组的声波信号的衰减不同的情况下，则判断该任一项绕组为匝间短路故障项绕组，以及判断其他至少两项为正常项绕组。
4.如权利要求3所述的基于声波的变压器匝间短路检测定位方法，其特征在于，基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路之后，还包括基于各项绕组接收到的声波信号进行故障定位：
基于无故障项绕组接收到的声波信号作为背景对故障项的声波信号进行过滤，获得故障信号；
确定所述故障信号在所述第二时长内的起始时刻；
根据所述起始时刻以及所述故障信号的持续时长，对匝间短路的具体位置进行定位。
5.如权利要求4所述的基于声波的变压器匝间短路检测定位方法，其特征在于，根据所述起始时刻以及所述故障信号的持续时长，对匝间短路的具体位置进行定位包括：
确定声波信号在当前环境温度下，在绕组内的传播速度，基于所述起始时刻以及所述故障信号的持续时间判断故障信号的传输距离；
基于所述传输距离以及该项绕组的绕线方式确定匝间短路的具体位置。
6.如权利要求5所述的基于声波的变压器匝间短路检测定位方法，其特征在于，所述变压器匝间短路检测定位方法还包括：
在该故障项，重复检测多次声波信号，并过滤后获得多个故障信号，基于多个故障信号对匝间短路的具体位置进行定位。
7.如权利要求6所述的基于声波的变压器匝间短路检测定位方法，其特征在于，基于多个故障信号对匝间短路的具体位置进行定位包括：
基于多个故障信号进行信号增强，以获得融合信号，其中信号增强并且保持故障信号预设范围内的噪声信号；
确定包含噪声信号的融合信号在所述第二时长内的起始时刻的时隙宽度；
基于所述时隙宽度确定匝间短路故障的故障程度。
8.一种基于声波的变压器匝间短路检测定位装置，其特征在于，包括处理器，其配置为：
基于变压器的绕组变比以及变压器容量确定变压器低压侧绕组的线径以及高压侧绕组的线径以及线长，以及确定当前测试环境的环境温度；
基于变压器的绕线方式配置相应的声波发射模式，不同的声波发射模式具有对应的声波发射参数，其中不同线径、不同线长以及不同的环境温度的声波发射参数不同，以使得在配置后，在变压器绕组无故障的情况下经过一项绕组后具有相近的声波衰减；
利用配置的声波发射模式，在指定位置持续向变压器绕组发射第一预设时长的声波，同时，在变压器绕组的低压侧或高压侧的各项绕组，检测声波信号；
基于在变压器绕组的各项绕组检测到的声波信号判断变压器该项绕组是否存在匝间短路。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于声波的变压器匝间短路检测定位方法的步骤。
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