电能质量分析仪在电梯能耗测量中的应用

赵 军

（江苏省特种设备安全监督检验研究院连云港分院，江苏 连云港222000）

0 引言

进入21世纪以来，能源短缺已经成为了阻碍人类发展脚步的重大问题，各国的相关科研机构都在致力于寻找一种能够代替石油、煤炭等传统资源的新能源。然而，事情的进展却没有我们想象的那么一帆风顺，人类寻找新能源的道路不仅荆棘密布，而且有很多分岔口，可供实际利用的新能源至今还没有走进我们的视野。从最早被寄予厚望的太阳能，到长眠于深海的可燃冰，再到现在还处于概念阶段的超级电容，这一系列努力不仅没能揭开新能源神秘的面纱，反而给人类的新能源之路蒙上了一层阴影。在新能源的发掘止步不前的时候，能源枯竭的进程并没有放慢脚步，仍然威胁着人类未来的生存发展。目前，各国都在开展有关能耗控制及节能的研究，欧美等发达国家一度采用约束碳排放的方法来达到节能减排的目的。我国在这方面也没有落后，出台了一系列节能减排的法律法规。对于特种设备来说，2009年出台的《特种设备安全监察条例》以及2014年出台的《特种设备安全法》均对能耗作出了一系列规定。

《特种设备安全监察条例》第十条规定：特种设备生产单位对其生产的特种设备的安全性能和能效指标负责，不得生产不符合安全性能要求和能效指标的特种设备，不得生产国家产业政策明令淘汰的特种设备。

第十三条规定：特种设备检验检测机构对高耗能特种设备制造、安装、改造、维修过程进行安全性能监督检验时，应当同时按照有关特种设备安全技术规范的规定，对影响设备或者系统能效的项目、能效测试报告等进行节能监督检查。未经节能监督检查或者监督检查结果不符合要求的，不得出厂或者交付使用。

第二十条规定：锅炉、压力容器、电梯起重机械、客运索道、大型游乐设施的安装、改造维修竣工后，安装、改造、维修的施工单位应当在验收后30日内将有关技术资料移交使用单位，高耗能特种设备还应当按照安全技术规范的要求提交能效测试报告。

由相关法律法规的规定可知，我国法律对特种设备的制造安装、使用管理、检验检测单位均作出了能耗方面的规定，目的是严格保证高能耗特种设备符合节能减排要求。

1 电梯能耗简介

电梯是一种常见的机电设备，广泛应用于7层及以上的城市住宅、商业地产及其他高层建筑，是我国经济建设的中坚力量。电梯从出现以来就一直为人类的生活提供方便，并不断改善着人们的生活方式，是城市化进程的有力推动者。电梯进入我国已经几十年了，在最初的20年内其一直处于起步阶段，只有较大城市的个别建筑上才装有电梯，而且种类较少，科技含量较低，安全性也不突出；进入20个世纪80年代，随着高层建筑的增多，我国电梯市场经历了平稳增长的稳定阶段，这一时期国内涌现出了一批优秀的电梯制造商，电梯技术也日趋成熟；进入21世纪以来，我国的电梯市场经历了前所未有的高速增长，电梯进入了寻常百姓家，成为了人们日常生活中必不可缺的设备。在数量不断增长的同时，电梯的性能也有了质的飞跃，普遍进入了变频时代，同时其能耗问题也越来越受到重视，成为了衡量电梯优劣的重要参数。

电梯能耗测量是控制电梯能耗、促进电梯节能的有效手段，同时也是一个比较棘手的问题，目前无论国内还是国外都没有相关标准来对电梯能耗进行评价。电梯是一种集机电光为一体的精密设备，并且是根据建筑物来设计的产品，因此存在许多不确定的情况和诸多使用条件。就电梯本身而言，其能耗不仅与驱动方式、额定载重量、额定速度、制动方式、调速方式等许多因素相关，而且还与电梯所在建筑的楼层数量以及使用电梯的客流分布密切相关。比如，使用频率不同，电梯的能耗也就不同；启动停止频率不同，电梯的能耗也不尽相同。目前的电梯能耗测量具有操作繁琐、成本高、误差大等缺点，因而亟需提出一种合理有效且便于操作的电梯能耗测量方法。

2 电能质量分析仪结构原理

所谓电能质量，从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。电能质量问题可以概况为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降／中断／暂升以及供电连续性等。电能质量分析仪，是对电网运行质量进行检测及分析的专用产品，可以对电力系统运行过程中的谐波及功率品质进行分析，并对系统运行数据进行长时间的采集和监测。同时配备电能质量数据分析软件，对上传至计算机的测量数据进行各种分析。

电能质量分析仪由电压／电流采样电路、微处理器运算电路、显示／键盘电路、USB／RS232C／RS485通讯电路、PC端软件、电源电路组成。采样电路分为电压采样和电流采样部分，电压采样通常采用电阻降压采样，电流采样采用电流互感器CT隔离采样，其各自又包括信号放大、自动量程处理、抗混迭低通滤波、ADC模数转换等环节。采样电路对输入的交流信号进行量化采样，后经微处理器运算电路进行数字运算处理，并把测量数据显示在面板上。针对不同的电压范围，电能质量分析仪会分不同的量程，以获得最好的分辨率。

3 电能质量分析仪在电梯能耗测量中的应用

电梯具有鲜明的间歇性工作特征，且每一个工作循环都有一定的顺序和规则，测量电梯能耗应该针对电梯的这种特点进行。测量时应按照一定的楼层顺序、额定载重量，根据电梯每吨千米的耗电量来进行。另外，由于每部电梯的附属设施不同，比如照明、监控等附件，其消耗的电量也会不尽相同，所以在利用电能质量分析仪测量电梯运行能耗时，将不考虑照明和监控等附件。测量待机能耗时，应考虑照明和监控等附件的能耗。测量电梯运行能耗时，将测量点选取在电梯控制柜和主开关之间的线路上，在电梯运行时进行数据测量；测量电梯待机能耗时，将测量点选取在电梯电源和主开关之间的线路上，在电梯待机时进行数据测量。

测量电梯能耗时，电能质量分析仪采用管理后台＋采集前端模式。采集前端采用高速DSP数字处理器，管理后台可以采用开源的Android操作系统的平板电脑，或配置带有WiFi模块的笔记本电脑，基于Windows平台，直接进行测量和数据管理，完成数据统计、分析及打印等操作。前端与后台之间采用高性能Wi－Fi无线高速连接，可实现远距离的观测和操控。测量完成之后，将数据导出即可进行数据分析，得出电梯每吨千米的耗电量，进而计算出电梯的能耗。

4 结语

相对于其他家用电器及楼宇自动化设备，电梯的能耗非常大，占据了整个建筑物耗电量的大部分，因此需积极采取节能措施。目前常见的电梯节能措施主要有两大类：一种是采用能量反馈技术，即利用电梯在满载下行和空载上行时的重力势能进行能量回收再次发电，将电梯处于发电状态时的电能回馈至电网以达到节能的目的；另一种是提高电力拖动系统的效率，采用变频器作为控制系统，其与串电阻调速的控制系统相比，可以大大降低电梯的能耗。本文介绍的采用电能质量分析仪来测量电梯能耗的方法，可以在电梯能耗检测中进行具体推广应用，为节能减排作出贡献。

［1］王鹏程，张信平，金严.电能质量分析仪在电梯能耗测量中的应用.现代科学仪器，2011，6（3）

［2］刘方亭，张清鹏.电能质量分析仪在电梯能耗测量检验中的应用.中国仪器仪表，2009（12）

［3］全国人民代表大会常务委员会.中华人民共和国特种设备安全法.北京：中国质检出版社，2013