用于变压器高温油火的绝缘灭火剂及其使用方法与流程

本发明涉及油浸式变压器火灾灭火领域，尤其涉及一种用于变压器高温油火的绝缘灭火剂及其使用方法。
背景技术：
：油浸式变压器火灾已成为威胁电力安全供应的重大灾害。普通油浸式电力变压器内部含有近百吨烃类矿物油，特高压换流变压器内部更是含有重达百余吨的变压器油，发生故障时存在起火、爆炸危险，并可演变成灾害性大型火灾。例如，2016年6月，陕西省西安市南郊变电站失火，造成多台变压器烧毁，故障损失负荷24.3万千瓦，停电8.65万户；2018年，国家电网公司多处特高压换流站换流变因故障发生火灾，导致多台换流变及其相连的阀厅烧毁，经济损失十分巨大。因此，油浸式变压器火灾防治技术研究迫在眉睫。目前的油浸式变压器常采用水喷雾灭火系统和泡沫灭火系统，在保护变压器火灾的安全上存在以下三大技术问题：(1)不能带电灭火。水喷雾灭火系统的灭火设计流量大，大至20l/m2·min。而消防水中含有导电离子，因此导电能力强。泡沫灭火系统中含有大量的导电离子，导电能力较水喷雾更强。水和泡沫灭火剂误喷到高压套管将导致变压器短路跳闸、设备损坏。因此，为了避免系统误喷对设备造成危害，目前的油浸式变压器高压套管大都未设置灭火喷头保护，仅在套管升高座下部及变压器器身设有保护喷头。而根据统计，油浸式变压器80％左右的火灾都发生在高压套管处。并且，保护高压套管可提高变压器的火灾保护重心，极大提升变压器的整体保护效果。因此，现有的水喷雾和泡沫灭火系统都不能保证油浸式变压器的火灾安全，亟需研究绝缘性能好、可完全覆盖保护变压器高压套管、误动作不引起设备短路跳闸的带电灭火技术与装置。(2)变压器高温油火难扑灭。变压器运行温度达90度，高温油火燃烧值大，易复燃，很难扑灭。水喷雾灭火系统采用水灭火，水的比重比油大，与油接触后迅速沉降到油的下方，难以隔绝氧气，不能扑灭变压器高温油火灾，仅能起降温作用。泡沫灭火剂以覆盖原理灭火，而油浸式变压器体积大，外形结构复杂，泡沫灭火剂不能完全覆盖变压器，灭火效果差，容易复燃，也难以扑灭变压器高温油火。例如，2018年发生的一起换流站大火，20余台水和泡沫灭火车也未能扑灭换流变大火。亟需研究可扑灭变压器高温油火的高效灭火剂。变压器高温油火燃烧值大，大型变压器高温油火温度可达1400度以上，火焰高达30米以上。普通灭火剂扑救变压器油火时，灭火剂在接触到高温油火表层前，就已蒸发分解，因此灭火效率低，造成变压器油火难以扑灭。(3)易复燃。变压器油火的油温较高，高温度的变压器油易燃，火灾扑灭后也容易再次复燃。综上所述，现今的水喷雾灭火和泡沫灭火不能保护油浸式变压器的火灾安全，需要可带电、灭火高效、防爆能力强的灭火技术。技术实现要素：本发明提供了一种用于变压器高温油火的绝缘灭火剂及其使用方法，用以解决变压器高温油火难扑灭、易复燃的技术问题。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种用于变压器高温油火的绝缘灭火剂，包括以下组分：0.5％～10％重量比的表面强扩张覆盖剂；5％～50％重量比的水剂包油防复燃剂；0.5～30％重量比的防高温蒸发剂；15～50％重量比的水。防高温蒸发剂遇热形成含水胶体，通过减少水的蒸发，保护灭火剂不被蒸发分解，顺利携带灭火剂进入火场，解决灭火剂易被蒸发分解的难题；然后，利用高性能的表面强扩张覆盖剂覆盖变压器油层，阻隔氧气，窒息火焰，阻止变压器油燃烧。最后，利用水剂包油防复燃剂，降低变压器油体系的界面能，将灭火水剂液体以极微小液滴均匀地分散在变压器油中，实现显著降低变压器油的可燃性，形成防复燃阻隔层，阻止变压器油的再次复燃，最终高效扑灭变压器油火。作为本发明的绝缘灭火剂的进一步改进：优选地，表面强扩张覆盖剂为：ym-316、intechem-14-1a、intechem-14-2a、intechem-14-1b、intechem-14-3a、ac-702、fc-4430、fc-430、fc-2和rk-8316中的一种或多种的组合。优选地，水剂包油防复燃剂为：xp60、xp70、xp80、xp90、xp100、to-7、eh-6、apg0810、apg1214、surfynol440和helmol-10中的一种或多种的组合。优选地，防高温蒸发剂为：he-300s、he-6000s、he-6000se、60hd50、65hd50、75hd100、aculyn33、aculyn38、aculyn22、aculyn28、aculyn88、methocel40-0100、methocel40-0101、methocel40-0202、methocela4cpcg、methocelk15mpcg、cellosizeqp40cgr、cellosizeqp300cgr、cellosizeqp4400hcgr、cellosizeqp15000hcgr、cellosizeqp30000cgr、cellosizeqp52000hcgr和cellosizeqp100mhcgr中的一种或多种的组合。本发明还提供了一种上述的用于变压器高温油火的绝缘灭火剂的制备方法，包括以下步骤：将0.5％～10％重量比的表面强扩张覆盖剂、5％～50％重量比的水剂包油防复燃剂、0.5～30％重量比的防高温蒸发剂，以及15～50％重量比的水在玻璃搅拌反应釜中均匀搅拌获得混合物，即为用于变压器高温油火的绝缘灭火剂。本发明还提供了一种用于变压器高温油火的绝缘灭火剂的使用方法，包括以下步骤：将如上述的用于变压器高温油火的绝缘灭火剂与水混合，混合比为0.1％-6％，采用水雾雾滴直径为300～900μm，水雾雾滴流量为1.0～3.0l/m2·min的水雾进行户外抗风带电灭火。作为本发明的使用方法的进一步改进：优选地，绝缘灭火剂与水混合的混合比为0.5～3％。优选地，水雾雾滴流量为1.5～2.5l/m2·min。优选地，采用水雾进行户外抗风带电灭火时，将水先加压至1.0mpa～12.0mpa。优选地，采用水雾进行户外抗风带电灭火时，将水先加压至1.0mpa～4.0mpa。。本发明具有以下有益效果：1、本发明的用于变压器高温油火的绝缘灭火剂，通过防高温蒸发剂在高温下受热形成含水胶体，减缓水蒸发和灭火剂组分受热分解速度，有效保护灭火组分在未接触变压器油前不被高温油火分解，可深入至变压器油火根部；通过表面强扩张覆盖剂快速铺张覆盖在变压器油表面，阻隔变压器油和空气的接触，快速抑制火焰；通过水剂包油防复燃剂，降低变压器油体系的界面能，将灭火水剂液体以极微小液滴均匀地分散在变压器油中，降低变压器油的可燃性，使高温油火不再复燃，最终实现针对变压器高温油火的高效灭火。2、本发明的用于变压器高温油火的绝缘灭火剂的使用方法，通过增加水雾雾滴直径来提升水雾防风能力，再通过降低雾滴流量来保证水雾的绝缘能力，以此来抵消雾滴直径增大对其水雾带电绝缘能力带来的负面影响，实现水雾在户外的抗风带电灭火。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是本发明优选实施例的水雾雾滴击穿试验示意图。图2是本发明优选实施例的变压器套管延面闪络试验示意图。图中各标号表示：1、电源；2、带电端；3、模拟变压器套管；4、水雾控制系统。具体实施方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。除非另有定义，本发明中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。本发明的用于变压器高温油火的绝缘灭火剂，包括以下组分：0.5％～10％重量比的表面强扩张覆盖剂；5％～50％重量比的水剂包油防复燃剂；0.5～30％重量比的防高温蒸发剂；和15～50％重量比的水。由于变压器的运行温度达90度以上，变压器油着火后，火势蔓延速度快，高温油火难以扑灭。而且，变压器油火灾的特性和常规的汽油、柴油火灾燃烧特性不同。变压器油属于重油，分子量比汽油和柴油显著更大，不容易燃烧，但燃烧热值高。特别是变压器油密度、粘稠度、裂解温度均显著大于汽油和柴油，因此灭火机理也会不同于后两者。汽油和柴油由于裂解温度低，在较低的燃烧温度下就快速裂解成小分子的气体产物，在油层上方的空气中燃烧，的因此汽油和柴油油火的灭火机理主要为气相阻燃机理，利用物理覆盖、窒息、气相中吸收燃烧自由基等灭火原理灭火，如利用泡沫灭火剂覆盖而灭火。变压器油的油火裂解产生的小分子气体较少，灭火机理主要为凝聚相阻燃，因此需要不同于常规油类火灾的特殊的灭火机理。本发明的灭火机理是：通过表面强扩张覆盖剂快速铺张覆盖在变压器油表面，阻隔变压器油和空气的接触，快速抑制火焰；水剂包油防复燃剂，通过降低变压器油的可燃性，防止高温油火复燃；同时，高温油火燃烧温度很高，普通水系灭火剂接近后水被迅速蒸发，水中的灭火剂受热分解，因此灭火剂不能接近变压器油火根部灭火。本发明通过防高温蒸发剂在高温下受热产生含水胶体，减缓水蒸发和灭火剂组分受热分解速度，有效保护灭火组分在未接触变压器油前不被高温油火分解，可深入至变压器油火根部，最终实现针对变压器高温油火的高效灭火。本发明实施时，表面强扩张覆盖剂可为：ym-316(上海雨木化工有限公司)、intechem-14-1a(上海瀛正科技有限公司)、intechem-14-2a(上海瀛正科技有限公司)、intechem-14-1b(上海瀛正科技有限公司)、intechem-14-3a(上海瀛正科技有限公司)、ac-702(方舟化学材料有限公司)、fc-4430(美国3m公司)、fc-430(美国3m公司)、fc-2(美国3m公司)和rk-8316(山东云清新技术开发有限公司)中的一种或多种的组合。本发明实施时，水剂包油防复燃剂为：xp60(德国巴斯夫)、xp70(德国巴斯夫)、xp80(德国巴斯夫)、xp90(德国巴斯夫)、xp100(德国巴斯夫)、to-7(德国巴斯夫)、eh-6(美国陶氏)、apg0810(广州科珑化工)、apg1214(广州科珑化工)、surfynol440(美国空气化工)和helmol-10(德国汉姆)中的一种或多种的组合。本发明实施时，防高温蒸发剂为：he-300s(山东赫达股份有限公司)、he-6000s(山东赫达股份有限公司)、he-6000se(山东赫达股份有限公司)、60hd50(南京立鸿德贸易有限公司)、75hd100(南京立鸿德贸易有限公司)、aculyn33(翰林化工有限公司)、aculyn38(翰林化工有限公司)、aculyn22(翰林化工有限公司)、aculyn28(翰林化工有限公司)、aculyn88(翰林化工有限公司)、methocel40-0100(美国陶氏)、methocel40-0101(美国陶氏)、methocel40-0202(美国陶氏)、methocela4cpcg(美国陶氏)、methocelk15mpcg(美国陶氏)、cellosizeqp40cgr(美国陶氏)、cellosizeqp300cgr(美国陶氏)、cellosizeqp4400hcgr(美国陶氏)、cellosizeqp15000hcgr(美国陶氏)、cellosizeqp30000cgr(美国陶氏)、cellosizeqp52000hcgr(美国陶氏)和cellosizeqp100mhcgr(美国陶氏)中的一种或多种的组合。上述的用于变压器高温油火的绝缘灭火剂的使用方法，包括以下步骤：将如上述的任一项的用于变压器高温油火的绝缘灭火剂与水混合，混合比为0.1％-6％(优选为0.5～3％)，采用水雾雾滴直径为300～900μm(优选为500～800μm)，水雾雾滴流量为1.0～3.0l/m2·min(优选为1.5～2.5l/m2·min)的水雾进行户外抗风带电灭火。采用水雾进行户外抗风带电灭火时，将水先加压至1.0mpa～12.0mpa(优选为1.0mpa～4.0mpa)。采用合适的雾滴直径和雾滴流量，同时实现户外变压器的抗风和带电灭火，保护变压器火灾安全。发明人前期研究发现，将水雾化成雾滴直径小于400μm的细水雾，可以显著提升水的带电绝缘能力。但是油浸式变压器大多位于户外，户外的风速经常在5级风以上，小雾滴直径水雾容易受风影响，喷射距离短，抗风能力差，降低灭火效果。因此需要在保证水雾带电绝缘能力的前提下，进一步解决水雾抗风能力差的问题。通过大量的试验与理论研究发现，水雾的绝缘能力与水雾的雾滴直径和雾滴流量相关，雾滴直径额雾滴流量越小，水雾对水雾-空气两相体击穿和高压套管延面闪络的影响越小，水雾带电绝缘能力越强。同时，研究还发现，水雾的雾滴直径与防风能力负相关，而水雾的雾滴流量与防风能力的关系不大。因此，发明人提出，通过增加水雾雾滴直径来提升水雾防风能力，再通过降低雾滴流量来保证水雾的绝缘能力，以此来抵消雾滴直径增大对其水雾带电绝缘能力带来的负面影响，实现水雾在户外的抗风带电灭火。从而，本发明中，适合应用于户外抗风带电灭火的水雾雾滴直径dv99选择为300-900μm，其中优选500-800μm。用于户外抗风带电灭火的水雾雾滴流量为1.0-3.0l/m2·min，其中优选1.5-2.5l/m2·min。上述水雾的雾滴直径和雾滴流量的选择采用如图1和图2所示的装置开展相关试验得到。开展两类试验，一类是模拟变压器带电情况下，不同雾滴直径和雾滴流量的水雾击穿试验，试验图如图1；一类是模拟变压器带电情况下，不同雾滴直径和雾滴流量的水雾对变压器高压套管延面闪络的影响试验，试验图如图2。图1所示的试验装置包括电源1、水雾控制系统4和模拟变压器高压套管等。其中电源1产生高压电，模拟变压器高压套管模拟放电体，水雾控制系统4控制水雾的雾滴直径和雾滴流量。试验开展水雾在不同雾滴直径和雾滴流量下的模拟变压器高压套管击穿电压测试。模拟变压器套管3的带电电压采用变压器的额定工作电压，水雾喷头离模拟变压器套管3的距离为变压器带电端2的标准安全距离。试验过程中，水雾喷向模拟变压器套管3的带电电极，观察在变压器额定工作电压下，一定雾滴直径和雾滴流量下，水雾是否击穿。如水雾未击穿，则说明该雾滴直径和雾滴流量的水雾在该工作电压下具有带电能力，如水雾击穿，则说明该雾滴直径和雾滴流量的水雾在该工作电压下不具有带电能力。图2所示的试验装置包括电源1、水雾控制系统4和模拟变压器套管3等。其中电源1产生高压电，模拟变压器套管3模拟放电体，水雾控制系统4控制水雾的雾滴直径和雾滴流量。试验开展水雾在不同雾滴直径和雾滴流量下的变压器延面闪络试验。模拟变压器套管3的带电电压为变压器的额定工作电压，水雾喷头离模拟变压器套管3的距离为变压器带电端2的标准安全距离。水雾喷向模拟变压器套管3器身，试验观察在变压器额定工作电压下，一定雾滴直径和雾滴流量下，模拟变压器套管3是否发生延面闪络。如变压器套管未延面闪络，则说明该雾滴直径和雾滴流量的水雾在该工作电压下具有带电能力，如水雾击穿，则说明该雾滴直径和雾滴流量的水雾在该工作电压下不具有带电能力。采用一定雾滴直径和雾滴含量的水雾开展以上两个试验，当水雾同时通过以上两个试验，水雾未被击穿，且模拟变压器套管3未发生延面闪络，则说明该雾滴直径和雾滴含量的水雾不会影响变压器运行，因此可以满足变压器带电灭火的绝缘性要求。但是，以上降低水雾的雾滴流量的方法虽然可以提升水雾的绝缘能力，但是也务必导致水雾灭火能力的下降。为了提升水雾的灭火能力，保证灭火系统的整体灭火效果，宜使用本发明的绝缘灭火剂来提升水雾的灭火效果。以下结合实施例进行说明：实施例1：一种变压器高温油火油绝缘灭火剂，包含以下组分：5kgym-316、40kgxp80、15kg65hd50、40kg水。其制备方法为先将ym-316(上海雨木化工有限公司)5kg、xp80(德国巴斯夫)40kg、65hd50(南京立鸿德贸易有限公司)15kg与水40kg，在200l玻璃搅拌反应釜中均匀搅拌1小时获得混合物，即获得样品1。对比例1：一种变压器高温油火油绝缘灭火剂，包含以下组分：5kgym-316、40kgxp80、40kg水。其制备方法为先将ym-3165kg、xp8040kg与水40kg，在200l玻璃搅拌反应釜中均匀搅拌1小时获得混合物，即获得样品2。对比例2：一种变压器高温油火油绝缘灭火剂，包含以下组分：5kgym-316、15kg65hd50、40kg水。其制备方法为先将ym-3165kg、65hd5015kg与水40kg，在200l玻璃搅拌反应釜中均匀搅拌1小时获得混合物，即获得样品3。对比例3：一种变压器高温油火油绝缘灭火剂，包含以下组分：40kgxp80、15kg65hd50、40kg水。其制备方法为先将xp8040kg、65hd5015kg与水40kg，在200l玻璃搅拌反应釜中均匀搅拌1小时获得混合物，即获得样品4。实施例5：一种变压器油火灭火剂，包含以下组分：4kgfc-430(美国3m公司)、30kgsurfynol440(美国空气化工)、25kgaculyn33(翰林化工有限公司)、41kg水。其制备方法为先将4kgfc-430、30kgsurfynol440、25kgaculyn33与水41kg，在200l玻璃搅拌反应釜中均匀搅拌1小时获得混合物，即获得样品5。实施例6：一种变压器油火灭火剂，包含以下组分：10kgintechem-14-2a(上海瀛正科技有限公司)、20kghelmol-10(德国汉姆)、20kgcellosizeqp15000hcgr(美国陶氏)、50kg水。其制备方法为先将intechem-14-2a10kg、helmol-1020kg、cellosizeqp15000hcgr20kg与水50kg，在200l玻璃搅拌反应釜中均匀搅拌1小时获得混合物，即获得样品6。实施例7：一种变压器油火灭火剂，包含以下组分：2kgrk-8316(山东云清新技术开发有限公司)、50kghelmol-10(德国汉姆)、18kgcellosizeqp15000hcgr(美国陶氏)、30kg水。其制备方法为先将rk-83162kg、helmol-1050kg、cellosizeqp15000hcgr18kg与水30kg，在200l玻璃搅拌反应釜中均匀搅拌1小时获得混合物，即获得样品7。实施例8：一种变压器油火灭火剂，包含以下组分：8kgrk-8316(山东云清新技术开发有限公司)、12kgapg0810(广州科珑化工)、30kgcellosizeqp15000hcgr(美国陶氏)、50kg水。其制备方法为先将rk-83168kg、apg081012kg、cellosizeqp15000hcgr30kg与水50kg，在200l玻璃搅拌反应釜中均匀搅拌1小时获得混合物，即获得样品8。应用实施例1：首先将直径为1m、高度为0.5m的油盘放在水平地面上，先在油盘中添加500l25#克拉玛依变压器油，将变压器油加热至90度，最后再加2l汽油用于引燃。分别采用纯水和添加样品1～8的水剂进行灭火(样品1～8与水的混合比均为3％)，采用的灭火水雾雾滴直径为500微米，水雾雾滴流量为2.0l/m2·min。引燃火盘，首先预燃360s，然后开始灭火，明火熄灭后停止喷射灭火剂，并记录灭火时间。为保证可重复性，每组试验开展至少两次，并取平均值。以上8种灭火剂的有效灭火时间对比如下表1所示。表1：应用实施例1中8种灭火剂和纯水针对变压器油火的有效灭火时间样品纯水样品1样品2样品3样品4样品5样品6样品7样品8灭火时间(s)501531364016161817应用实施例2：首先将直径为1m、高度为0.5m的油盘放在水平地面上，先在油盘中添加500l25#克拉玛依变压器油，将变压器油加热至90度，最后再加2l汽油用于引燃。分别采用纯水和添加样品1～8的水剂进行灭火(样品1～8与水的混合比均为2％)，采用的灭火水雾雾滴直径为500微米，水雾雾滴流量为2.0l/m2·min。引燃火盘，首先预燃360s，然后开始灭火，明火熄灭后停止喷射灭火剂。灭火后等待100s后，将装有2l燃料的抗烧罐置于油盘中心并点燃，记录自点燃抗烧罐至油盘25％的燃料面积被引燃的时间，即防复燃时间。为保证可重复性，每组试验开展至少两次，并取平均值。以上8种灭火剂的防复燃时间对比如下表2所示。表2：应用实施例2中8种灭火剂和纯水针对变压器油火的防复燃时间样品纯水样品1样品2样品3样品4样品5样品6样品7样品8灭火时间(s)159895289684817988应用实施例3：首先将直径为1m、高度为0.5m的油盘放在水平地面上，油盘下方放置精度为0.1g的称量称。在油盘中添加500l25#克拉玛依变压器油，将变压器油加热至90度，最后再加2l汽油用于引燃油盘。引燃油盘后，首先让油火预燃360s，然后分别采用纯水和添加样品1～8的水剂喷向火场(样品1～8与水的混合比均为1.8％)，采用的灭火水雾雾滴直径为500微米，水雾雾滴流量为0.17l/s。称量纯水和水剂喷向火场时的油盘重量变化。为保证可重复性，每组试验开展至少两次，并取平均值。以上8种灭火剂喷向火场时的油盘重量变化对比如下表3所示。表3：应用实施例3中8种灭火剂和纯水针对变压器油火的重量变化样品纯水样品1样品2样品3样品4灭火时间(s)+0.05g/s+0.12g/s+0.07g/s+0.12g/s+0.13g/s样品样品5样品6样品7样品8灭火时间(s)+0.11g/s+0.12g/s+0.11g/s+0.12g/s由表1可知，样品1、5、6、7、8均同时含有表面铺张覆盖剂、水剂包油防复燃剂、防高温蒸发剂，它们的灭火效果均较好，其中样品1的灭火效果最好。且可知，表面铺张覆盖剂、水剂包油防复燃剂、防高温蒸发剂是决定灭火剂灭火性能的三大关键组分。其中表面铺张覆盖剂快速铺张覆盖在变压器油表面，阻隔变压器油和空气的接触；水剂包油防复燃剂，将灭火水剂液体以极微小液滴均匀地分散在变压器油中形成高效的水剂包油的悬浊物，降低变压器油的可燃性；防高温蒸发剂的灭火组分能有效保护灭火组分在未接触变压器油前不被高温油火烧掉，深入至变压器油火根部，最终实现针对变压器高温油火的高效灭火。由表2可知，添加水剂包油防复燃剂的样品1、样品2、样品4、样品5至8具有很好的防复燃能力，而未加水剂包油防复燃剂的样品3防复燃能力差。从表3中可知，添加防高温蒸发剂后(样品1、样品3、样品4、样品5至8)，油盘的增重速率明显高于纯水和未加防高温蒸发剂的灭火剂，该试验结果说明了防高温蒸发剂可有效防止灭火剂的蒸发。综上可知，本发明的绝缘灭火剂，具有快速铺张、降低变压器油可燃性和深入高温油火内部灭火，高效扑灭变压器油火，并防止复燃。使用时，采用合适的雾滴直径和雾滴流量，同时实现户外变压器的抗风和带电灭火，保护变压器火灾安全。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12