生物制藥類(lèi)企業(yè)安全供電系統的設計與應用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：介紹了生物制藥用電安全要求及現狀，結合藥廠(chǎng)GMP潔凈廠(chǎng)房的特點(diǎn)及實(shí)際，堅持“以質(zhì)量為本"的生產(chǎn)原則，防止突然停電造成設備損壞及產(chǎn)品報廢，加強藥廠(chǎng)供電管理。為確保生產(chǎn)提供一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、安全可靠的供電系統為目的，從藥廠(chǎng)供電系統、低壓配電、關(guān)鍵設備應急、接地等系統配置入手，淺談藥廠(chǎng)安全供電系統建設與管理的具體做法及經(jīng)驗，闡明了安全供電的重要性。

關(guān)鍵詞：GMP潔凈廠(chǎng)房；安全供電；應急電源

0.引言

生物制藥是一個(gè)特殊行業(yè)，特別是生物制品(疫苗)的生產(chǎn)。需要連續生產(chǎn)。每批產(chǎn)品從開(kāi)始到出成品的整個(gè)周期，都要保證外環(huán)境達到要求。生產(chǎn)設備要正常運轉，才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。生產(chǎn)工藝設備不僅對電源的電壓、頻率要求穩定，還應保證在連續生產(chǎn)周期中電力不能中斷，這就要求有一套可靠的供電系統。配電系統的不完善或供電線(xiàn)路的老化而造成的一系列安全供電問(wèn)題，可能會(huì )給企業(yè)帶來(lái)巨大的損失。如正在進(jìn)行疫苗分裝的分裝線(xiàn)遭遇停電，可能 會(huì )燒壞滅菌隧道；培養的各種細胞會(huì )因供電問(wèn)題造成細胞的死亡，可直接導致生產(chǎn)中斷，會(huì )給生物制品企業(yè)帶來(lái)重大損失凍干設備若停電2h可能會(huì )導致產(chǎn)品報廢。但目前一些藥廠(chǎng)對此問(wèn)題的重視程度不夠，沒(méi)有充分意識到供配電的重要性和復雜性。

加強用電安全管理的同時(shí)，如何GMP潔凈廠(chǎng)房及生產(chǎn)關(guān)鍵設備的特點(diǎn)，遵照“以質(zhì)量為本"的生產(chǎn)原則，著(zhù)手于用電基礎設施改造建設，防患于未然，科學(xué)合理的配置硬件設備，為安全生產(chǎn)提供一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、安全可靠的良好供電系統，是安全工作的核心內容。本文結合中國醫學(xué)科學(xué)院醫學(xué)生物學(xué)研究所疫苗生產(chǎn)及科研供配電系統及使片情況，從供配電系統線(xiàn)路配置入手，與大家共同探討如何提高供電安全可靠性。

1.供電規范及現狀

1.1電力負荷分類(lèi)

電力網(wǎng)上用電設備所消耗的功率稱(chēng)為電力負荷。按其重要性及對供電可靠性的要求，電力負荷可分為以下三類(lèi)：①中斷供電會(huì )造成人身傷亡及重大經(jīng)濟損失，損壞重要設備，破壞生產(chǎn)工藝過(guò)程，使生產(chǎn)長(cháng)期不能恢復或產(chǎn)生大量廢品。顯然生物制藥(疫苗)生產(chǎn)屬于一類(lèi)負荷：②中斷供電會(huì )造成經(jīng)濟較大損失，損壞生產(chǎn)設備，產(chǎn)品大量減產(chǎn)，停頓較長(cháng)時(shí)間才能恢 復生產(chǎn)；③除上述一，二類(lèi)外的一般負荷，均為第三類(lèi)負荷，如一般的輔助車(chē)間及照明負荷等。

1.2基本要求

根據國內供電規范及生物制藥中疫苗生產(chǎn)的特殊性，應采用兩路lOkV電源供電，是引自上級兩個(gè)不同35kV真雙路供電。高壓系統主接線(xiàn)為單母線(xiàn)帶各自負荷，分段運行。中間設聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)，兩電源互為閉鎖，備用自投。盡管如此，仍有各種不可抗力的出現，造成兩路市電中斷的町能。因此，為保證重要負荷的持續供電還應增設能在15s內快速自起動(dòng)柴油發(fā)電機組或可靠的不問(wèn)斷電源裝置(UPS)作為重要或關(guān)鍵設備的自備應急電源。

第一類(lèi)負荷：要求使用兩個(gè)獨立的電源供電，當其中一個(gè)電源發(fā)生事故或因搶修而停電時(shí)，不至于影響另一個(gè)電源繼續供電，必要時(shí)再加自備應急電源(發(fā)電機，UPS電源)以保證供電的連續性。

第二類(lèi)負荷：要求采用雙同路供電，即由兩條線(xiàn)路供電，在條件不允許采用雙到路時(shí)，可采用專(zhuān)用線(xiàn)路。

第三類(lèi)負荷：供電無(wú)特殊需要，這類(lèi)用電設備供電中斷時(shí)影響較小，但在不增加投資情況下也應盡可能提高供電的可靠性。

生物制藥行業(yè)一般列為一、二類(lèi)供電負荷，故投資較大。采用雙回路兩個(gè)獨立電源，再設置1臺備用發(fā)電機，以備應急。部分關(guān)鍵用電設備應配UPS電源(單相或三相)。以保證產(chǎn)品質(zhì)量及設備安全。

具體要求如下：

(1)供電安全可靠

要求供電不中斷。對關(guān)鍵生產(chǎn)設備的供電一旦中斷，不僅會(huì )造成停產(chǎn)，而且會(huì )導致價(jià)值較高進(jìn)口設備的損壞或產(chǎn)品報廢。因此，為保證安全生產(chǎn)，要求實(shí)行連續供電，并且具有足夠的供電能力。

(2)保證供電質(zhì)量

這主要是指供電頻率和供電電壓偏離額定值的幅度不超過(guò)允許的范圍。否則，電氣設備的遠行會(huì )不穩定，甚至損壞電氣設備。我國規定交流供電標準頻率為50Hz。偏差不超過(guò)±0.2-±0.5，電壓不超過(guò)士±7％。

(3)供電經(jīng)濟

在上述基本要求的基礎上，盡量做到供電系統簡(jiǎn)單、操作方便、基本建設投資和運行維護費用低。

2.供電方式

該研究所的供電，考慮了供電的可靠性，中心配電站控制柜見(jiàn)圖1。采用雙回路供電的變電站(圖2)，電源進(jìn)線(xiàn)為lOkV，降為380／220V。小型企業(yè)可只設一個(gè)變電站，采用2臺變壓器，可單獨運行。當一回路進(jìn)線(xiàn)斷電或變壓器放障，檢修時(shí)可采用聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)使重要負荷保持供電。中型以上企業(yè)則J電設一高壓配電所(圖3)，由6～10kV線(xiàn)送至各車(chē)間或建筑物的變電所，降為380／220V供電。

岡生物制品車(chē)間一、二類(lèi)負荷較多，考慮到車(chē)間供電的可靠性，可將小型企業(yè)供電系統用到車(chē)間配電站，采用2臺變壓器供電。當負荷變動(dòng)較大時(shí)，為減少變壓器空載損耗，可在負荷低谷時(shí)切斷l臺變壓器。當同時(shí)起用2臺變壓器時(shí)，每臺容量應大于計算負荷的60％或一、二類(lèi)負荷總容量。

3.配電設施

3.1 電氣主接線(xiàn)圖

電氣主接線(xiàn)圖又叫一次接線(xiàn)圖，它是表示電能傳送和分配路線(xiàn)的接線(xiàn)圖，直接連接的變壓器、高壓開(kāi)關(guān)、低壓開(kāi)關(guān)、互感器等電器設備，叫做一次設備。電氣主接線(xiàn)直接影響變配電所的技術(shù)經(jīng)濟性能和運行質(zhì)量，故在確定生物制藥車(chē)間變電所的電氣主接線(xiàn)時(shí)，應滿(mǎn)足下列要求：①能保證其供電可靠性；②接線(xiàn)圖力求簡(jiǎn)明，以便運行操作和消除故障；③應保證操作時(shí)的人身安全和在安傘條件下進(jìn)行維修工作；④留有維修空間；⑤考慮備用電源，滿(mǎn)足在生產(chǎn)期間不因停電造成重大損失，備用電源還可用于應急照明；⑥考慮功率岡數問(wèn)題，一般不低于0．9，應在變電站內安裝電容器進(jìn)行集中補償；⑦考慮到生物制藥的特殊性，可采用雙回路和兩臺變壓器的主接線(xiàn)圖(圖4）。

當其中一路進(jìn)線(xiàn)電源中斷時(shí)，可通過(guò)低壓母線(xiàn)聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)將斷電部分的負荷換接到另一路線(xiàn)路上去，保證其中的設備繼續工作。雙pl路電源迸線(xiàn)應是兩個(gè)獨立的電源。同時(shí)增加市電一發(fā)電機轉換開(kāi)關(guān)，應急電源配電柜。

3.2變配電站的設備布局

配電所的設計應方便電纜線(xiàn)的進(jìn)出，以利電源輸出到負荷處，其十建要滿(mǎn)足電氣要求，配電室門(mén)要向外開(kāi)啟，以利安全。其設備布局町根據房屋具體情況采用兩種方案，見(jiàn)圖5-6。應急柴油發(fā)電機組的容量大小根據一級負荷、消防負荷以及某些重要的二級負荷容量來(lái)確定，一般以變壓器總安裝容帚的15％～20％來(lái)配置，如圖8示。

4.不間斷電源配置

針對分裝線(xiàn)中高溫滅菌隧道的停電保護措施，短時(shí)間的停電可啟動(dòng)UPS不間斷電源作為后備保護，應急供電時(shí)間為30-～90 min，如圖9。如較長(cháng)時(shí)間的停電可切換到柴油發(fā)電機供電，啟動(dòng)到電流平穩至少需要15～20s時(shí)間。

4.1應急照明配置

在變配電站、柴油發(fā)電機房、消防控制中心、中央監控室、水泵房、生產(chǎn)區、地下室、技術(shù)夾道 (層)、樓梯間及門(mén)廳等場(chǎng)所設置應急照明。在走廊、 安全出口、大廳、樓梯問(wèn)等處設疏散指示燈。

5.應急照明

照明的基本要求及標準由于潔凈廠(chǎng)房多是密閉式的，故廠(chǎng)房的照明變得重要。要求廠(chǎng)房?jì)扔凶銐虻恼彰?，不致因突然停電造成混亂。廠(chǎng)房?jì)日彰饕话銖碾娬镜膬蓚€(gè)不同的配電屏分別供電。一是正常照明，從一般配電柜引來(lái)；二是應急照明，從應急配電柜引來(lái)。應急照明燈每個(gè)房間及走道都要放置，至少每間l盞，道隔一定距離有l盞，方便人員疏散。同時(shí)在出 入口處還應裝標識燈。生產(chǎn)區、潔凈走道、污染走道應采用嵌入式熒光燈，并有防濺玻璃安全隔離。檢修燈具應在上技術(shù)夾層完成，不影響生產(chǎn)區的潔凈度。

照度標準有如下要求：

(1)技術(shù)夾道、非潔凈走道為200Lux。

(2)潔凈走道、氣閘問(wèn)、辦公室、庫房：≥150Lux。

(3)生產(chǎn)區：≥300Lux(注：一些特殊生產(chǎn)安全出口、大廳、樓梯問(wèn)等處設疏散指示燈。區操作工作面的照度需達到500Lux，非工作面的照度可根據實(shí)際情況調整)。

(4)應急照明、警衛監視照明為lOLux。

(5)出口標識為lLux。照度標準是指距地面0．85m的平均值，照度均勻度不小于0．7。

5.1特殊設施及區域的照明

照明燈具與潔凈室頂板嚴格密封，包括生產(chǎn)區恒溫室、走道及庫房。對恒溫室、庫房、辦公室要 求設置單獨開(kāi)關(guān)，人員進(jìn)入時(shí)再開(kāi)燈，不需和生產(chǎn)區一起開(kāi)燈，以節約電能。對上技術(shù)夾層和下技術(shù)夾層、技術(shù)夾道，也應設立單獨開(kāi)關(guān)，人員不進(jìn)入時(shí)關(guān)燈。因技術(shù)夾層及夾道的各種管道及電纜較多，設備安裝也較多，且環(huán)境復雜，為保證檢修人員安全，應有足夠的工作照明和撤離照明。對出口指示燈具應由應急照明電源配電箱供電，電源故障時(shí)，則由其自身帶的蓄電池供電30rain以上。如潔凈區有動(dòng)物房，則動(dòng)物房?jì)劝惭b防水燈具，在輔助設備區域、煤氣站及氧氣等有易易爆氣體房間，應安裝防爆燈具、防爆開(kāi)關(guān)等防爆電氣。如廠(chǎng)房設置電梯，則電梯內應有應急照明。電梯井道內也應設置井道燈，井道內每隔(垂直)7m至少有1盞燈。

6.建筑物的防雷

建筑物的防雷等級和防雷設施生物制藥廠(chǎng)房投資較大、設備貴重，工藝設備、儀表控制及廠(chǎng)房監控設備都較為先進(jìn)，如遭雷擊將：造成重大損失，故應做好防雷工作。防雷設施一般在屋頂設置避雷針。由于生物制藥廠(chǎng)房多在屋頂放置一些設備，如冷卻塔、屋頂風(fēng)機、水箱等，避雷針應高于這些設備。且避雷針保護半徑應覆蓋這蝗設備。避雷針下引線(xiàn)采用不小于6mm直徑的鋼筋或截面不小于25mm2的扁鋼連接到就近的避雷網(wǎng)帶，屋面設置避雷帶。在屋面四周使避雷帶形成環(huán)格，并且可靠地與接地體連接。接地體可利用建筑基礎的水泥樁內鋼筋，經(jīng)焊接引至屋項及各需接地的位置。接地電阻需經(jīng)檢測合格(1-4Ω以下為合格)。

6.1設備的接地與接零

為保護人身和設備安全，用電設備應接地和接零。在生物制藥車(chē)間，設備—般都較麝營(yíng)，要保證人身安傘和設備安全，一嶼控制漫備都慮很好接地。供電系統采用五芯電纜。橢用接地錢(qián)和接零線(xiàn)，設備接地應單獨設置接地馓接地電阻小于1Ω。在一個(gè)供電系統中，要注意不能把部分設備外殼接地，部分設備外殼接零，如此將造成不安全因素。在生物制藥車(chē)問(wèn)，應把所有設備外殼可靠接地。鄭重指出,防雷接地體與設備接地體嚴格分開(kāi)。

7.電氣設備管理及維護

有一整套管理辦法和高素質(zhì)人員，才能保證設備的正常運行，且充分發(fā)揮效力；滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

7．1 電氣設備的運行管理

電是生產(chǎn)的重要能源之一。電氣設備的故障將造成生產(chǎn)的損失，故應加強管理，對電氣設備有單獨部門(mén)負責，配備一點(diǎn)數量電氣工作人員比符合上崗條件，制定相應的管理制如加班制定，防火、防鼠制度，設備維護和用電管理制度。電氣設備是長(cháng)期運行韻。不管節假日及夜晚，均應有電氣運行管理人員在崗，每班定期對設備認真負責地進(jìn)行監視和檢查、調整。對運行中的設備，應隨時(shí)監視其溫度、聲音等，以判斷設備正常與否；一般變壓器每2h檢查一次對新裝好剛投入運行的設備，還應增加檢查次數。另外在電氣設備較集中一定數量的電氣滅火器，如1211、四氟化碳、C02等，以確保設備安全。對變電站等重要設施地區，應安裝電話(huà)以方便工作聯(lián)系或事故報警。

要想用好電，先管好電。要經(jīng)常宣傳安全用電和節約用電的常識，提高用電人員安全用電水平，經(jīng)常組織電氣工作人員的培訓，不斷提高技術(shù)水平，配備齊全的檢修工具、器材和安全用具。所有的電氣設備應劃分責任到人，工作人員對自己負責的設備要有較強的責任心，保持設備的完好率。

7．2 電氣設備的定期檢查和試驗

人們?yōu)榱祟A防疾病，經(jīng)常要進(jìn)行身體檢查，針對檢查的結果，采取預防和治療措施了預防電氣故障，就要對電器設備進(jìn)行定期的預防性絕緣保安實(shí)驗，以早期發(fā)現電器設備肋部缺陷，及時(shí)采取應對措施，保證電器設備安全運行限制電器設備故障的擴大。定期檢查和試驗按規定的標準進(jìn)行。高壓設備，避雷器，繼電保護系統，每?jì)赡赀M(jìn)行1次；每年應利用生產(chǎn)停止期間，對所有變電設備進(jìn)行一次檢查、清掃、調查，特別足對變電站、高壓開(kāi)關(guān)柜及配電柜進(jìn)行檢查清掃，發(fā)現有缺陷的元件一律更換。

7.3 電氣設備的維護維修

電氣沒(méi)備是長(cháng)期運行的設備，為了保證其運行的可靠性，不致因故障影響生產(chǎn)，故需搞好運行維護維修工作。平時(shí)應對設備進(jìn)行經(jīng)常性的檢查維護，可運用值班運行期解對設備進(jìn)行觀(guān)察，設備是否缺油，運行是否正常接線(xiàn)端乎是否緊固，有無(wú)升溫觀(guān)象。對小故障應隨時(shí)進(jìn)行處理，不要釀成大的故障，設備維護是一項經(jīng)常他工作，對于重要設備，平時(shí)應有一定數量的配件儲備，以備急修用。

每年初應做設備維修計劃，此計劃與生產(chǎn)計劃相配合，在生產(chǎn)停產(chǎn)和間隙期間，對設備進(jìn)修理、檢查。即使未發(fā)現故障缺陷的設備，也應進(jìn)行檢查護在計劃檢修時(shí)應提前作好準各工作,備好正具材料,例紙資料,安排好檢修人員"至少安排1名安全員，負責各項安全工作。工作前，所有作人員應明確工作目的，了解現場(chǎng)，工柞開(kāi)始后精力集中，確保計劃時(shí)間內完成檢修。

8.安科瑞在生物制藥的解決方案

8.1平臺概述

AcrelEMS-BP能效管理系統，集電力監控、能源管理、設備運維于一體。平臺采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理，監測企業(yè)電、水、氣、冷熱量及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車(chē)間、產(chǎn)線(xiàn)、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進(jìn)行能耗統計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

安科瑞生物制藥能效管理系統是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺，它集成35KV/10KV 的10KV/O.4KV電力監控系統、智能馬達監控系統、能耗管理系統、電氣火災監控系統、防火門(mén)監控系統、消防設備電源系統、消防應急照明和疏散指示系統，充電樁管理系統。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可對制藥廠(chǎng)區全局的用電和用電安全進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

8.2平臺拓撲圖

8.3平臺子系統

（1）電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄  

（2）能耗管理系統

建立的能耗監測管理系統，對生物制藥各點(diǎn)位的能源使用、報警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控。以便生物制藥用戶(hù)能夠實(shí)時(shí)的監測各個(gè)點(diǎn)位的運作情況，同時(shí)能更快速的掌握點(diǎn)位的報警，并為生物制藥削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

（3）馬達監控

馬達監控實(shí)現對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實(shí)現對電機過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監測和報警。在需要的情況下可以設置聯(lián)動(dòng)控制。

（4）智慧消防

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算等現代信息技術(shù)，將分散的火災自動(dòng)報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡(luò )，并對這些設備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統一的系統大平臺內運行，用戶(hù)、安保人員、監管單位都能夠通過(guò)平臺直觀(guān)地看到每一棟建筑物中各類(lèi)消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內，相關(guān)報警和事件信息通過(guò)手機短信、語(yǔ)音電話(huà)、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。

（5）充電樁管理平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充"信息能源結構中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

智能照明控制

系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能、舒適、高效的目的。

8.4相關(guān)平臺部署硬件選型清單

8.4.1電力監控及馬達保護系統

8.4.2能源管理系統

8.4.3智慧消防系統

(1) 電氣火災監控系統

(2) 消防設備電源監控系統

(3) 防火門(mén)監控系統

(4) 消防應急照明和疏散指示系統

8.4.4充電樁理系統

8.4.5智能照明系統

9.結語(yǔ)

因此生物制藥(品)行業(yè)進(jìn)行可靠、安全、經(jīng)濟、合理的供電，對我國公共衛生事業(yè)的發(fā)展有著(zhù)十分重要的意義。

參考文獻：

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GB50052/95．供配電系統設計規范．

安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.

楊磊，褚雙祥，李劍鋒，陳平,生物制藥企業(yè)安全供電系統.