三級以上生物實驗室的配電系統(tǒng)設計

實驗室生物安全涉及的絕不僅是安全實驗室工作人員的個人健康，一旦發(fā)生事故，極有可能會給人群、動物或植物帶來不可預計的危害。因此，生物安全實驗室的設計和建設應以標準化為方向，充分考慮安全性和可靠性。自1983年世衛(wèi)組織出版發(fā)表第一版《實驗室生物安全手冊》以來，截止到2004年，已經出版了第三版的手冊。手冊根據對操作生物因子采取的防護措施等級，將實驗室安全防護水平劃分為一級、二級、三級和四級。本文以實際設計為例，談談三級以上實驗室的電氣設計。國標GB19489-2008《實驗室生物安全通用要求》中已經大體對三級以上生物實驗室的電力供應系統(tǒng)提出了要求：（1）電力供應滿足實驗室的所有用電需求，并應有冗余。（2）生物安全柜、送風機和排風機、照明、自控系統(tǒng)、監(jiān)視和報警系統(tǒng)應配備不間斷備用電源，電力供應應至少維持30min。（3）應在安全的位置設置專用配電箱。（4）應設不少于30min的應急照明系統(tǒng)。下面，筆者以中國農業(yè)科學研究院蘭州獸醫(yī)研究所56#樓（下簡稱56#樓）為例，結合規(guī)范要求，逐一闡述三級以上生物實驗室的供電方案。1

容量冗余設計56#樓為蘭州獸醫(yī)研究所國家口蹄疫參考實驗室的生物安全實驗樓，建筑面積約為5900m2,

生物安全防護等級介于三級與四級之間。在此類實驗室，單位負荷密度較高，經測算本樓的單位負荷率高達359VA/m2，主要有以下幾個因素：1）科研人員進去后需穿特制的防護服，有時需多穿幾層，散熱不便。為了讓實驗人員體感舒適，實驗室配備舒適性空調，環(huán)境溫度設置得較低；2）空調系統(tǒng)形式：E、F、C

區(qū)的空調系統(tǒng)均為全新風直流凈化系統(tǒng)；D

區(qū)空調為33％新風的全空氣雙風機空調系統(tǒng)；3）實驗室電氣照明照度值要求較高，主實驗室照度不低于500lx；4）實驗室內的生物安全實驗設備數量多、單臺功率大，如生物安全柜、空氣壓縮機、高壓滅菌器、超低溫保存柜，生命維持系統(tǒng)、活毒廢水處理裝置等用電量都很大。因此，在配電設計中，應考慮上述因素，并在容量中考慮適量的冗余。同樣，在回路設計中，插座回路的工作電流不宜超過插座額定電流的60%，當實際工作電流超過5A時，插座前宜設開關，或選用帶開關的插座。E、F、C區(qū)實驗室內所有插座設漏電蜂鳴報警，當線路發(fā)生漏電時只作用于聲光報警，不切斷電源。由于實驗內容多變，所以配電分支線路宜留有20%～30%余量。圖1核心實驗區(qū)平面布置圖2

負荷分級三級以上生物實驗室的負荷一般均為一級為主，同樣的，56#樓也不例外。因此由研究所內已有的10kV配變電站高壓配電屏引出雙路10kV電源，采用10kV電力電纜沿電纜溝敷設(部分穿管敷設)引至生物安全實驗樓內的終端變配電站。因其電源均取自同一開閉站，且上級電源也取自同一高壓變電站，故其只能保證二級負荷的要求。但從設計上要求其每一路都能保證在一路電源檢修時，另一路100%承擔所有二級（含二級以上）負荷的要求；這樣可以降低對柴油發(fā)電機（保證一級負荷供電要求）的使用的依賴，在一定程度上降低運營成本。在此項目中，其負荷分級如下：一級負荷包括：生物安全實驗樓（56#）內E、F、C實驗區(qū)所有負荷，火災報警及聯動控制設備、保安監(jiān)控系統(tǒng)、應急照明、疏散照明及重要的計算機系統(tǒng)、熱力站、空氣站、生命維持系統(tǒng)、活毒廢水處理設備、空調送風及排風機、水泵房、電梯及冷源系統(tǒng)（包括冷水機組、水泵、冷卻塔），以上負荷中除冷源系統(tǒng)外其他同時由柴油發(fā)電機組提供電源。一級負荷中特別重要負荷如下：生物安全柜、隔離器排風、離心機、空調送風機及排風機（E、F、C區(qū)不包括加熱段）、所有照明（E、F、C區(qū)）、火災報警及聯動控制設備、生物安全實驗室自控系統(tǒng)、氣密門控制及重要的計算機系統(tǒng)、應急照明及柴油發(fā)電機控制柜電源。因此樓內一級負荷中特別重要負荷偏多，從技術經濟角度考慮，在設計中考慮采用UPS集中供電。三級負荷包括：一般照明。系統(tǒng)簡圖如圖2所示。圖2

系統(tǒng)簡圖10kV系統(tǒng)2路電源投切要求如表1所示。表110kV系統(tǒng)2路電源投切要求注:1）√表示合閘，×表示分閘；2）2路10kV電源同時工作，互為備用，每一路均能承擔100%二級以上負荷；3）柴油機運行條件：兩路市電均故障時啟動；平時運行時，當ATS

檢測到市電不符合要求時，ATS發(fā)出啟動信號啟動柴油發(fā)電機。3

配電系統(tǒng)設計除常規(guī)的如配電系統(tǒng)采用放射式與樹干式相結合的配電方式，對于單臺容量較大的負荷和重要負荷采用放射式配電；對于照明及一般負荷采用樹干式配電方式；實驗室內重要空調設備、火災報警及聯動控制設備、保安監(jiān)控系統(tǒng)、應急照明、疏散照明及重要的計算機系統(tǒng)等重要負荷除采用雙電源切換配電方式等外，需要特別指出的幾點是：1）UPS配電柜采用兩電源進線，其中一路應引自柴油發(fā)電機組應急段，UPS配出柜采用放射式單回路引至各電源配電箱；2）各區(qū)（A、B、C、E、F區(qū)）設專用配電箱，所有配電箱應設置于清潔區(qū)內。因此，各實驗室均按實驗對象和工藝要求進行了污染區(qū)、半污染區(qū)和清潔區(qū)的劃分。根據污染控制和物理隔離的原則，考慮到實驗室嚴禁無關人員進入及電氣維修人員的安全，配電箱應布置于清潔區(qū)；3）實驗室內的電源設置漏電檢測報警裝置。因實驗工藝要求，要求電源連續(xù)供電，故其漏電故障電流保護不應直接自動切斷電源，應發(fā)出聲光報警信號；4）A、B、C、E、F區(qū)末端配線采用礦物絕緣電纜，配電管采用金屬管。為保證核心區(qū)實驗室房間的密閉性，防止壓力的泄露，要求進入核心區(qū)的各配電管線均應采用專用的穿墻密閉裝置。這也是有別于一般實驗室只要求做封堵措施的做法；因此實驗室的消防設計原則是“燃盡為止”，在發(fā)生火災時實驗室內一些必要的防護設施應能連續(xù)供電，故采用礦物絕緣電纜便成了一個必要的選擇；5）實驗室及走廊應設不少于30min應急照明系統(tǒng)，具體功能應滿足三個方面的要求：為考慮繼續(xù)工作設置的備用照明；偶遇火災時為安全撤離設置的疏散照明；為防止突然斷電確保處于潛在危險的實驗室工作人員的安全設置的安全照明。安全通道和緊急出口均有疏散指示標志，標志應是發(fā)光的；6）為了保證在任何情況下實驗室內均保持負壓，三級和四級生物實驗室必須設置排風機。本設計中生物安全實驗室的排風機組均為一用一備，一旦常用排風機出現故障時，備用排風機能自動投入運行；室內除壓力梯度控制和顯示裝置外，設置了排風設備正常運轉的信號裝置，如有意外發(fā)生，可發(fā)出聲光報警信號通知相關人員，迅速采取應對措施，并啟動備用設備自動投入，同時有報警信號送出，告知備用設備已處于運轉狀態(tài)，應立即維修故障排風系統(tǒng)。因排風系統(tǒng)是生物安全實驗室的核心，必須能連續(xù)運行，確保實驗室內的負壓。備用設備作為最后且唯一的在線運行設備，其電動機的過載保護應慎重考慮，必須有別于傳統(tǒng)的電動機保護，如僅為保護電動機而簡單地突然斷電，將導致更大損失。所以，