電能質量分析儀在電梯能耗測量中的應用

趙 軍

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院連云港分院，江蘇 連云港222000）

0 引言

進入21世紀以來，能源短缺已經成為了阻礙人類發展腳步的重大問題，各國的相關科研機構都在致力于尋找一種能夠代替石油、煤炭等傳統資源的新能源。然而，事情的進展卻沒有我們想象的那么一帆風順，人類尋找新能源的道路不僅荊棘密布，而且有很多分岔口，可供實際利用的新能源至今還沒有走進我們的視野。從最早被寄予厚望的太陽能，到長眠于深海的可燃冰，再到現在還處于概念階段的超級電容，這一系列努力不僅沒能揭開新能源神秘的面紗，反而給人類的新能源之路蒙上了一層陰影。在新能源的發掘止步不前的時候，能源枯竭的進程并沒有放慢腳步，仍然威脅著人類未來的生存發展。目前，各國都在開展有關能耗控制及節能的研究，歐美等發達國家一度采用約束碳排放的方法來達到節能減排的目的。我國在這方面也沒有落后，出臺了一系列節能減排的法律法規。對于特種設備來說，2009年出臺的《特種設備安全監察條例》以及2014年出臺的《特種設備安全法》均對能耗作出了一系列規定。

《特種設備安全監察條例》第十條規定：特種設備生產單位對其生產的特種設備的安全性能和能效指標負責，不得生產不符合安全性能要求和能效指標的特種設備，不得生產國家產業政策明令淘汰的特種設備。

第十三條規定：特種設備檢驗檢測機構對高耗能特種設備制造、安裝、改造、維修過程進行安全性能監督檢驗時，應當同時按照有關特種設備安全技術規范的規定，對影響設備或者系統能效的項目、能效測試報告等進行節能監督檢查。未經節能監督檢查或者監督檢查結果不符合要求的，不得出廠或者交付使用。

第二十條規定：鍋爐、壓力容器、電梯起重機械、客運索道、大型游樂設施的安裝、改造維修竣工后，安裝、改造、維修的施工單位應當在驗收后30日內將有關技術資料移交使用單位，高耗能特種設備還應當按照安全技術規范的要求提交能效測試報告。

由相關法律法規的規定可知，我國法律對特種設備的制造安裝、使用管理、檢驗檢測單位均作出了能耗方面的規定，目的是嚴格保證高能耗特種設備符合節能減排要求。

1 電梯能耗簡介

電梯是一種常見的機電設備，廣泛應用于7層及以上的城市住宅、商業地產及其他高層建筑，是我國經濟建設的中堅力量。電梯從出現以來就一直為人類的生活提供方便，并不斷改善著人們的生活方式，是城市化進程的有力推動者。電梯進入我國已經幾十年了，在最初的20年內其一直處于起步階段，只有較大城市的個別建筑上才裝有電梯，而且種類較少，科技含量較低，安全性也不突出；進入20個世紀80年代，隨著高層建筑的增多，我國電梯市場經歷了平穩增長的穩定階段，這一時期國內涌現出了一批優秀的電梯制造商，電梯技術也日趨成熟；進入21世紀以來，我國的電梯市場經歷了前所未有的高速增長，電梯進入了尋常百姓家，成為了人們日常生活中必不可缺的設備。在數量不斷增長的同時，電梯的性能也有了質的飛躍，普遍進入了變頻時代，同時其能耗問題也越來越受到重視，成為了衡量電梯優劣的重要參數。

電梯能耗測量是控制電梯能耗、促進電梯節能的有效手段，同時也是一個比較棘手的問題，目前無論國內還是國外都沒有相關標準來對電梯能耗進行評價。電梯是一種集機電光為一體的精密設備，并且是根據建筑物來設計的產品，因此存在許多不確定的情況和諸多使用條件。就電梯本身而言，其能耗不僅與驅動方式、額定載重量、額定速度、制動方式、調速方式等許多因素相關，而且還與電梯所在建筑的樓層數量以及使用電梯的客流分布密切相關。比如，使用頻率不同，電梯的能耗也就不同；啟動停止頻率不同，電梯的能耗也不盡相同。目前的電梯能耗測量具有操作繁瑣、成本高、誤差大等缺點，因而亟需提出一種合理有效且便于操作的電梯能耗測量方法。

2 電能質量分析儀結構原理

所謂電能質量，從普遍意義上講是指優質供電，包括電壓質量、電流質量、供電質量和用電質量。電能質量問題可以概況為：導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態過電壓、波形畸變（諧波）、電壓暫降／中斷／暫升以及供電連續性等。電能質量分析儀，是對電網運行質量進行檢測及分析的專用產品，可以對電力系統運行過程中的諧波及功率品質進行分析，并對系統運行數據進行長時間的采集和監測。同時配備電能質量數據分析軟件，對上傳至計算機的測量數據進行各種分析。

電能質量分析儀由電壓／電流采樣電路、微處理器運算電路、顯示／鍵盤電路、USB／RS232C／RS485通訊電路、PC端軟件、電源電路組成。采樣電路分為電壓采樣和電流采樣部分，電壓采樣通常采用電阻降壓采樣，電流采樣采用電流互感器CT隔離采樣，其各自又包括信號放大、自動量程處理、抗混迭低通濾波、ADC模數轉換等環節。采樣電路對輸入的交流信號進行量化采樣，后經微處理器運算電路進行數字運算處理，并把測量數據顯示在面板上。針對不同的電壓范圍，電能質量分析儀會分不同的量程，以獲得最好的分辨率。

3 電能質量分析儀在電梯能耗測量中的應用

電梯具有鮮明的間歇性工作特征，且每一個工作循環都有一定的順序和規則，測量電梯能耗應該針對電梯的這種特點進行。測量時應按照一定的樓層順序、額定載重量，根據電梯每噸千米的耗電量來進行。另外，由于每部電梯的附屬設施不同，比如照明、監控等附件，其消耗的電量也會不盡相同，所以在利用電能質量分析儀測量電梯運行能耗時，將不考慮照明和監控等附件。測量待機能耗時，應考慮照明和監控等附件的能耗。測量電梯運行能耗時，將測量點選取在電梯控制柜和主開關之間的線路上，在電梯運行時進行數據測量；測量電梯待機能耗時，將測量點選取在電梯電源和主開關之間的線路上，在電梯待機時進行數據測量。

測量電梯能耗時，電能質量分析儀采用管理后臺＋采集前端模式。采集前端采用高速DSP數字處理器，管理后臺可以采用開源的Android操作系統的平板電腦，或配置帶有WiFi模塊的筆記本電腦，基于Windows平臺，直接進行測量和數據管理，完成數據統計、分析及打印等操作。前端與后臺之間采用高性能Wi－Fi無線高速連接，可實現遠距離的觀測和操控。測量完成之后，將數據導出即可進行數據分析，得出電梯每噸千米的耗電量，進而計算出電梯的能耗。

4 結語

相對于其他家用電器及樓宇自動化設備，電梯的能耗非常大，占據了整個建筑物耗電量的大部分，因此需積極采取節能措施。目前常見的電梯節能措施主要有兩大類：一種是采用能量反饋技術，即利用電梯在滿載下行和空載上行時的重力勢能進行能量回收再次發電，將電梯處于發電狀態時的電能回饋至電網以達到節能的目的；另一種是提高電力拖動系統的效率，采用變頻器作為控制系統，其與串電阻調速的控制系統相比，可以大大降低電梯的能耗。本文介紹的采用電能質量分析儀來測量電梯能耗的方法，可以在電梯能耗檢測中進行具體推廣應用，為節能減排作出貢獻。

［1］王鵬程，張信平，金嚴.電能質量分析儀在電梯能耗測量中的應用.現代科學儀器，2011，6（3）

［2］劉方亭，張清鵬.電能質量分析儀在電梯能耗測量檢驗中的應用.中國儀器儀表，2009（12）

［3］全國人民代表大會常務委員會.中華人民共和國特種設備安全法.北京：中國質檢出版社，2013