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淺談生物制藥類企業(yè)供電系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

更新時間：2022-11-29　點擊次數(shù)： 707次

劉細鳳

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要求及現(xiàn)狀，結(jié)合藥廠GMP潔凈廠房的特點及實際，堅持“以質(zhì)量為本"的生產(chǎn)原則，防止突然停電造成設(shè)備損壞及產(chǎn)品報廢，加強藥廠供電管理。為確保生產(chǎn)提供一個技術(shù)先進、功能齊全、可靠的供電系統(tǒng)為目的，從藥廠供電系統(tǒng)、低壓配電、關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)急、接地等系統(tǒng)配置入手，淺談藥廠供電系統(tǒng)建設(shè)與管理的具體做法及經(jīng)驗，闡明了供電的重要性。

關(guān)鍵詞：GMP潔凈廠房；供電；應(yīng)急電源

0.引言

生物制藥是一個特殊行業(yè)，特別是生物制品(疫苗)的生產(chǎn)。需要連續(xù)生產(chǎn)。每批產(chǎn)品從開始到出成品的整個周期，都要保證外環(huán)境達到要求。生產(chǎn)設(shè)備要正常運轉(zhuǎn)，才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。生產(chǎn)工藝設(shè)備不僅對電源的電壓、頻率要求穩(wěn)定，還應(yīng)保證在連續(xù)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(tǒng)。配電系統(tǒng)的不完善或供電線路的老化而造成的一系列供電問題，可能會給企業(yè)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(yǎng)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(chǎn)中斷，會給生物制品企業(yè)帶來重大損失凍干設(shè)備若停電2h可能會導致產(chǎn)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。

加強用電管理的同時，如何GMP潔凈廠房及生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的特點，遵照“以質(zhì)量為本"的生產(chǎn)原則，著手于用電基礎(chǔ)設(shè)施改造建設(shè)，防患于未然，科學合理的配置硬件設(shè)備，為生產(chǎn)提供一個技術(shù)先進、功能齊全、可靠的良好供電系統(tǒng)，是工作的核心內(nèi)容。本文結(jié)合中國醫(yī)學科學院醫(yī)學生物學研究所疫苗生產(chǎn)及科研供配電系統(tǒng)及使片情況，從供配電系統(tǒng)線路配置入手，與大家共同探討如何提高供電可靠性。

1.供電規(guī)范及現(xiàn)狀

1.1電力負荷分類

電力網(wǎng)上用電設(shè)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(jīng)濟損失，損壞重要設(shè)備，破壞生產(chǎn)工藝過程，使生產(chǎn)長期不能恢復或產(chǎn)生大量廢品。顯然生物制藥(疫苗)生產(chǎn)屬于一類負荷：②中斷供電會造成經(jīng)濟較大損失，損壞生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品大量減產(chǎn)，停頓較長時間才能恢復生產(chǎn)；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(jù)國內(nèi)供電規(guī)范及生物制藥中疫苗生產(chǎn)的特殊性，應(yīng)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(tǒng)主接線為單母線帶各自負荷，分段運行。中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(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(xiàn)，造成兩路市電中斷的町能。因此，為保證重要負荷的持續(xù)供電還應(yīng)增設(shè)能在15s內(nèi)快速自起動柴油發(fā)電機組或可靠的不問斷電源裝置(UPS)作為重要或關(guān)鍵設(shè)備的自備應(yīng)急電源。

第一類負荷：要求使用兩個獨立的電源供電，當其中一個電源發(fā)生事故或因搶修而停電時，不至于影響另一個電源繼續(xù)供電，必要時再加自備應(yīng)急電源(發(fā)電機，UPS電源)以保證供電的連續(xù)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(shè)備供電中斷時影響較小，但在不增加投資情況下也應(yīng)盡可能提高供電的可靠性。

生物制藥行業(yè)一般列為一、二類供電負荷，故投資較大。采用雙回路兩個獨立電源，再設(shè)置1臺備用發(fā)電機，以備應(yīng)急。部分關(guān)鍵用電設(shè)備應(yīng)配UPS電源(單相或三相)。以保證產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備。

具體要求如下：

(1)供電可靠

要求供電不中斷。對關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的供電一旦中斷，不僅會造成停產(chǎn)，而且會導致價值較高進口設(shè)備的損壞或產(chǎn)品報廢。因此，為保證生產(chǎn)，要求實行連續(xù)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允許的范圍。否則，電氣設(shè)備的遠行會不穩(wěn)定，甚至損壞電氣設(shè)備。我國規(guī)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(jīng)濟

在上述基本要求的基礎(chǔ)上，盡量做到供電系統(tǒng)簡單、操作方便、基本建設(shè)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，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(yè)可只設(shè)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(lián)絡(luò)開關(guān)使重要負荷保持供電。中型以上企業(yè)則J電設(shè)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(yè)供電系統(tǒng)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(xiāng)臺變壓器。當同時起用2臺變壓器時，每臺容量應(yīng)大于計算負荷的60％或一、二類負荷總?cè)萘俊?nbsp;

3.配電設(shè)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(guān)、低壓開關(guān)、互感器等電器設(shè)備，叫做一次設(shè)備。電氣主接線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間變電所的電氣主接線時，應(yīng)滿足下列要求：①能保證其供電可靠性；②接線圖力求簡明，以便運行操作和故障；③應(yīng)保證操作時的人身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(chǎn)期間不因停電造成重大損失，備用電源還可用于應(yīng)急照明；⑥考慮功率岡數(shù)問題，一般不低于0．9，應(yīng)在變電站內(nèi)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(lián)絡(luò)開關(guān)將斷電部分的負荷換接到另一路線路上去，保證其中的設(shè)備繼續(xù)工作。雙pl路電源迸線應(yīng)是兩個獨立的電源。同時增加市電一發(fā)電機轉(zhuǎn)換開關(guān)，應(yīng)急電源配電柜。

3.2變配電站的設(shè)備布局

配電所的設(shè)計應(yīng)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。其設(shè)備布局町根據(jù)房屋具體情況采用兩種方案，見圖5-6。應(yīng)急柴油發(fā)電機組的容量大小根據(jù)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(yīng)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(fā)電機供電，啟動到電流平穩(wěn)至少需要15～20s時間。

4.1應(yīng)急照明配置

在變配電站、柴油發(fā)電機房、消防控制、中央監(jiān)控室、水泵房、生產(chǎn)區(qū)、地下室、技術(shù)夾道 (層)、樓梯間及門廳等場所設(shè)置應(yīng)急照明。在走廊、出口、大廳、樓梯問等處設(shè)疏散指示燈。

5.應(yīng)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(nèi)有足夠的照明，不致因突然停電造成混亂。廠房內(nèi)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(yīng)急照明，從應(yīng)急配電柜引來。應(yīng)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(wèi)盞，方便人員疏散。同時在出入口處還應(yīng)裝標識燈。生產(chǎn)區(qū)、潔凈走道、污染走道應(yīng)采用嵌入式熒光燈，并有防濺玻璃隔離。檢修燈具應(yīng)在上技術(shù)夾層完成，不影響生產(chǎn)區(qū)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、辦公室、庫房：≥150Lux。

(3)生產(chǎn)區(qū)：≥300Lux(注：一些特殊生產(chǎn)出口、大廳、樓梯問等處設(shè)疏散指示燈。區(qū)操作工作面的照度需達到500Lux，非工作面的照度可根據(jù)實際情況調(diào)整)。

(4)應(yīng)急照明、警衛(wèi)監(jiān)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(shè)施及區(qū)域的照明

照明燈具與潔凈室頂板嚴格密封，包括生產(chǎn)區(qū)恒溫室、走道及庫房。對恒溫室、庫房、辦公室要求設(shè)置單獨開關(guān)，人員進入時再開燈，不需和生產(chǎn)區(qū)一起開燈，以節(jié)約電能。對上技術(shù)夾層和下技術(shù)夾層、技術(shù)夾道，也應(yīng)設(shè)立單獨開關(guān)，人員不進入時關(guān)燈。因技術(shù)夾層及夾道的各種管道及電纜較多，設(shè)備安裝也較多，且環(huán)境復雜，為保證檢修人員，應(yīng)有足夠的工作照明和撤離照明。對出口指示燈具應(yīng)由應(yīng)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(qū)有動物房，則動物房內(nèi)安裝防水燈具，在輔助設(shè)備區(qū)域、煤氣站及氧氣等有易易爆氣體房間，應(yīng)安裝防爆燈具、防爆開關(guān)等防爆電氣。如廠房設(shè)置電梯，則電梯內(nèi)應(yīng)有應(yīng)急照明。電梯井道內(nèi)也應(yīng)設(shè)置井道燈，井道內(nèi)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(shè)施生物制藥廠房投資較大、設(shè)備貴重，工藝設(shè)備、儀表控制及廠房監(jiān)控設(shè)備都較為先進，如遭雷擊將：造成重大損失，故應(yīng)做好防雷工作。防雷設(shè)施一般在屋頂設(shè)置避雷針。由于生物制藥廠房多在屋頂放置一些設(shè)備，如冷卻塔、屋頂風機、水箱等，避雷針應(yīng)高于這些設(shè)備。且避雷針保護半徑應(yīng)覆蓋這蝗設(shè)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(wǎng)帶，屋面設(shè)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(chǔ)的水泥樁內(nèi)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(shè)備的接地與接零

為保護人身和設(shè)備，用電設(shè)備應(yīng)接地和接零。在生物制藥車間，設(shè)備—般都較麝營，要保證人身安傘和設(shè)備，一嶼控制漫備都慮很好接地。供電系統(tǒng)采用五芯電纜。橢用接地錢和接零線，設(shè)備接地應(yīng)單獨設(shè)置接地馓接地電阻小于1Ω。在一個供電系統(tǒng)中，要注意不能把部分設(shè)備外殼接地，部分設(shè)備外殼接零，如此將造成不因素。在生物制藥車問，應(yīng)把所有設(shè)備外殼可靠接地。鄭重指出,防雷接地體與設(shè)備接地體嚴格分開。

7.電氣設(shè)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(shè)備的正常運行，且充分發(fā)揮效力；滿足生產(chǎn)需要。

7．1 電氣設(shè)備的運行管理

電是生產(chǎn)的重要能源之一。電氣設(shè)備的故障將造成生產(chǎn)的損失，故應(yīng)加強管理，對電氣設(shè)備有單獨部門負責，配備一點數(shù)量電氣工作人員比符合上崗條件，制定相應(yīng)的管理制如加班制定，防火、防鼠制度，設(shè)備維護和用電管理制度。電氣設(shè)備是長期運行韻。不管節(jié)假日及夜晚，均應(yīng)有電氣運行管理人員在崗，每班定期對設(shè)備認真負責地進行監(jiān)視和檢查、調(diào)整。對運行中的設(shè)備，應(yīng)隨時監(jiān)視其溫度、聲音等，以判斷設(shè)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(shè)備，還應(yīng)增加檢查次數(shù)。另外在電氣設(shè)備較集中一定數(shù)量的電氣滅火器，如1211、四氟化碳、C02等，以確保設(shè)備。對變電站等重要設(shè)施地區(qū)，應(yīng)安裝電話以方便工作聯(lián)系或事故報警。

要想用好電，先管好電。要經(jīng)常宣傳用電和節(jié)約用電的常識，提高用電人員用電水平，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、器材和用具。所有的電氣設(shè)備應(yīng)劃分責任到人，工作人員對自己負責的設(shè)備要有較強的責任心，保持設(shè)備的完好率。

7．2 電氣設(shè)備的定期檢查和試驗

人們?yōu)榱祟A防疾病，經(jīng)常要進行身體檢查，針對檢查的結(jié)果，采取預防和治療措施了預防電氣故障，就要對電器設(shè)備進行定期的預防性絕緣保安實驗，以早期發(fā)現(xiàn)電器設(shè)備肋部缺陷，及時采取應(yīng)對措施，保證電器設(shè)備運行限制電器設(shè)備故障的擴大。定期檢查和試驗按規(guī)定的標準進行。高壓設(shè)備，避雷器，繼電保護系統(tǒng)，每兩年進行1次；每年應(yīng)利用生產(chǎn)停止期間，對所有變電設(shè)備進行一次檢查、清掃、調(diào)查，特別足對變電站、高壓開關(guān)柜及配電柜進行檢查清掃，發(fā)現(xiàn)有缺陷的元件一律更換。

7.3 電氣設(shè)備的維護維修

電氣沒備是長期運行的設(shè)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。平時應(yīng)對設(shè)備進行經(jīng)常性的檢查維護，可運用值班運行期解對設(shè)備進行觀察，設(shè)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(yīng)隨時進行處理，不要釀成大的故障，設(shè)備維護是一項經(jīng)常他工作，對于重要設(shè)備，平時應(yīng)有一定數(shù)量的配件儲備，以備急修用。

每年初應(yīng)做設(shè)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(shè)備進修理、檢查。即使未發(fā)現(xiàn)故障缺陷的設(shè)備，也應(yīng)進行檢查護在計劃檢修時應(yīng)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名員，負責各項工作。工作前，所有作人員應(yīng)明確工作目的，了解現(xiàn)場，工柞開始后精力集中，確保計劃時間內(nèi)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(tǒng)，集電力監(jiān)控、能源管理、設(shè)備運維于一體。平臺采用自動化、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(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、氣、冷熱量及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)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、車間、產(chǎn)線、班組、重大能耗設(shè)備等的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)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(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

安科瑞生物制藥能效管理系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，充電樁管理系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可對制藥廠區(qū)全局的用電和用電進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足用戶用電可靠、、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

8.2平臺拓撲圖

8.3平臺子系統(tǒng)

（1）電力監(jiān)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(jiān)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(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(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(diào)、事故報警及記錄。

（2）能耗管理系統(tǒng)

建立的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，對生物制藥各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便生物制藥用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)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(diào)整負載等技改措施提供數(shù)據(jù)支撐。

（3）馬達監(jiān)控

馬達監(jiān)控實現(xiàn)對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實現(xiàn)對電機過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監(jiān)測和報警。在需要的情況下可以設(shè)置聯(lián)動控制。

（4）智慧消防

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災自動報警設(shè)備、電氣火災監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)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(shè)備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)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(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(jié)構(gòu)中是必*。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

（6）智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到、節(jié)能、舒適、高效的目的。