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淺談生物制藥類企業安全供電系統的設計與應用

更新時間：2022-12-15

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吳柯霓

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GMP潔凈廠房的特點及實際，堅持“以質量為本"的生產原則，防止突然停電造成設備損壞及產品報廢，加強藥廠供電管理。為確保生產提供一個技術先進、功能齊全、安全可靠的供電系統為目的，從藥廠供電系統、低壓配電、關鍵設備應急、接地等系統配置入手，淺談藥廠安全供電系統建設與管理的具體做法及經驗，闡明了安全供電的重要性。

關鍵詞：GMP潔凈廠房；安全供電；應急電源

0.引言

生物制藥是一個特殊行業，特別是生物制品(疫苗)的生產。需要連續生產。每批產品從開始到出成品的整個周期，都要保證外環境達到要求。生產設備要正常運轉，才能生產出合格的產品。生產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路的老化而造成的一系列安全供電問題，可能會給企業帶來巨大的損失。如正在進行疫苗分裝的分裝線遭遇停電，可能會燒壞滅菌隧道；培養的各種細胞會因供電問題造成細胞的死亡，可直接導致生產中斷，會給生物制品企業帶來重大損失凍干設備若停電2h可能會導致產品報廢。但目前一些藥廠對此問題的重視程度不夠，沒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，如何GMP潔凈廠房及生產關鍵設備的特點，遵照“以質量為本"的生產原則，著手于用電基礎設施改造建設，防患于未然，科學合理的配置硬件設備，為安全生產提供一個技術先進、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。本文結合中國醫學科學院醫學生物學研究所疫苗生產及科研供配電系統及使片情況，從供配電系統線路配置入手，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

電力網上用電設備所消耗的功率稱為電力負荷。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：

①中斷供電會造成人身傷亡及重大經濟損失，損壞重要設備，破壞生產工藝過程，使生產長期不能恢復或產生大量廢品。顯然生物制藥(疫苗)生產屬于一類負荷：

②中斷供電會造成經濟較大損失，損壞生產設備，產品大量減產，停頓較長時間才能恢復生產；

③除上述一，二類外的一般負荷，均為第三類負荷，如一般的輔助車間及照明負荷等。

1.2 基本要求

根據國內供電規范及生物制藥中疫苗生產的特殊性，應采用兩路lOkV電源供電，是引自上級兩個不同35kV真雙路供電。高壓系統主接線為單母線帶各自負荷，分段運行。中間設聯絡開關，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內快速自起動柴油發電機組或可靠的不問斷電源裝置(UPS)作為重要或關鍵設備的自備應急電源。

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

第二類負荷：要求采用雙同路供電，即由兩條線路供電，在條件不允許采用雙到路時，可采用專用線路。

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

生物制藥行業一般列為一、二類供電負荷，故投資較大。采用雙回路兩個獨立電源，再設置1臺備用發電機，以備應急。部分關鍵用電設備應配UPS電源(單相或三相)。以保證產品質量及設備安全。

具體要求如下：

(1)供電安全可靠

要求供電不中斷。對關鍵生產設備的供電一旦中斷，不僅會造成停產，而且會導致價值較高進口設備的損壞或產品報廢。因此，為保證安全生產，要求實行連續供電，并且具有足夠的供電能力。

(2)保證供電質量

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允許的范圍。否則，電氣設備的遠行會不穩定，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±0.2-±0.5，電壓不超過士±7％。

(3)供電經濟

在上述基本要求的基礎上，盡量做到供電系統簡單、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圖1。采用雙回路供電的變電站(圖2)，電源進線為lOkV，降為380／220V。小型企業可只設一個變電站，采用2臺變壓器，可單獨運行。當一回路進線斷電或變壓器放障，檢修時可采用聯絡開關使重要負荷保持供電。中型以上企業則J電設一高壓配電所(圖3)，由6～10kV線送至各車間或建筑物的變電所，降為380／220V供電。

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

3.配電設施

3.1 電氣主接線圖

電氣主接線圖又叫一次接線圖，它是表示電能傳送和分配路線的接線圖，直接連接的變壓器、高壓開關、低壓開關、互感器等電器設備，叫做一次設備。電氣主接線直接影響變配電所的技術經濟性能和運行質量，故在確定生物制藥車間變電所的電氣主接線時，應滿足下列要求：

①能保證其供電可靠性；

②接線圖力求簡明，以便運行操作和消除故障；

③應保證操作時的人身安全和在安傘條件下進行維修工作；

④留有維修空間；

⑤考慮備用電源，滿足在生產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考慮功率岡數問題，一般不低于0．9，應在變電站內安裝電容器進行集中補償；

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圖(圖4）。

當其中一路進線電源中斷時，可通過低壓母線聯絡開關將斷電部分的負荷換接到另一路線路上去，保證其中的設備繼續工作。雙pl路電源迸線應是兩個獨立的電源。同時增加市電一發電機轉換開關，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的進出，以利電源輸出到負荷處，其十建要滿足電氣要求，配電室門要向外開啟，以利安全。其設備布局町根據房屋具體情況采用兩種方案，見圖5-6。應急柴油發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確定，一般以變壓器總安裝容帚的15％～20％來配置，如圖8示。

4.不間斷電源配置

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

4.1 應急照明配置

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

5.應急照明

照明的基本要求及標準由于潔凈廠房多是密閉式的，故廠房的照明變得重要。要求廠房內有足夠的照明，不致因突然停電造成混亂。廠房內照明一般從電站的兩個不同的配電屏分別供電。一是正常照明，從一般配電柜引來；二是應急照明，從應急配電柜引來。應急照明燈每個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。同時在出入口處還應裝標識燈。生產區、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夾層完成，不影響生產區的潔凈度。

照度標準有如下要求：

(1)技術夾道、非潔凈走道為200Lux。

(2)潔凈走道、氣閘問、辦公室、庫房：≥150Lux。

(3)生產區：≥300Lux(注：一些特殊生產安全出口、大廳、樓梯問等處設疏散指示燈。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關，人員進入時再開燈，不需和生產區一起開燈，以節約電能。對上技術夾層和下技術夾層、技術夾道，也應設立單獨開關，人員不進入時關燈。因技術夾層及夾道的各種管道及電纜較多，設備安裝也較多，且環境復雜，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，則由其自身帶的蓄電池供電30rain以上。如潔凈區有動物房，則動物房內安裝防水燈具，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、防爆開關等防爆電氣。如廠房設置電梯，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房投資較大、設備貴重，工藝設備、儀表控制及廠房監控設備都較為先進，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。由于生物制藥廠房多在屋頂放置一些設備，如冷卻塔、屋頂風機、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帶，屋面設置避雷帶。在屋面四周使避雷帶形成環格，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，經焊接引至屋項及各需接地的位置。接地電阻需經檢測合格(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。在生物制藥車間，設備—般都較麝營，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。橢用接地錢和接零線，設備接地應單獨設置接地馓接地電阻小于1Ω。在一個供電系統中，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。在生物制藥車問，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。

7.電氣設備管理及維護

有一整套管理辦法和高素質人員，才能保證設備的正常運行，且充分發揮效力；滿足生產需要。

7.1 電氣設備的運行管理

電是生產的重要能源之一。電氣設備的故障將造成生產的損失，故應加強管理，對電氣設備有單獨部門負責，配備一點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行監視和檢查、調整。對運行中的設備，應隨時監視其溫度、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，應安裝電話以方便工作聯系或事故報警。

要想用好電，先管好電。要經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，經常組織電氣工作人員的培訓，不斷提高技術水平，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

人們為了預防疾病，經常要進行身體檢查，針對檢查的結果，采取預防和治療措施了預防電氣故障，就要對電器設備進行定期的預防性絕緣保安實驗，以早期發現電器設備肋部缺陷，及時采取應對措施，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行。高壓設備，避雷器，繼電保護系統，每兩年進行1次；每年應利用生產停止期間，對所有變電設備進行一次檢查、清掃、調查，特別足對變電站、高壓開關柜及配電柜進行檢查清掃，發現有缺陷的元件一律更換。

7.3 電氣設備的維護維修

電氣沒備是長期運行的設備，為了保證其運行的可靠性，不致因故障影響生產，故需搞好運行維護維修工作。平時應對設備進行經常性的檢查維護，可運用值班運行期解對設備進行觀察，設備是否缺油，運行是否正常接線端乎是否緊固，有無升溫觀象。對小故障應隨時進行處理，不要釀成大的故障，設備維護是一項經常他工作，對于重要設備，平時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，此計劃與生產計劃相配合，在生產停產和間隙期間，對設備進修理、檢查。即使未發現故障缺陷的設備，也應進行檢查護在計劃檢修時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，工柞開始后精力集中，確保計劃時間內完成檢修。

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。平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、氣、冷熱量及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，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深度集成的自動化平臺，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。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可對制藥廠區全局的用電和用電安全進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足用戶用電可靠、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行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、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，對生物制藥各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便生物制藥用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快速的掌握點位的報警，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

馬達監控實現對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實現對電機過載、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動控制。

（4）智慧消防

智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、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絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。