ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ФЕРРОСПЛАВНОГО ЗАВОДА И ПОВЫШЕНИЕ ЕЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ

DESIGN OF THE POWER SUPPLY SYSTEM OF A FERROALLOY PLANT AND IMPROVEMENT OF ITS ENERGY EFFICIENCY

Aslanbekuly Beibarys

2nd year master’s student, K. Zhubanov Aktobe Regional University,

Republic of Kazakhstan, Aktobe

Sariyev Otegen Rafkhatovich

Scientific supervisor, Candidate of Sciences, Associate Professor, K. Zhubanov Aktobe Regional University,

Republic of Kazakhstan, Aktobe

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются особенности электроснабжения ферросплавного завода. Основное внимание уделено электрическим нагрузкам плавильных печей, трансформаторов, двигателей, насосов, вентиляторов и вспомогательного оборудования. Рассмотрены требования к надежности, качеству напряжения, безопасности и энергоэффективности. Показаны основные направления снижения потерь электроэнергии: компенсация реактивной мощности, автоматизация, энергетический мониторинг и резервирование питания.

ABSTRACT

The article considers the features of power supply design for a ferroalloy plant. The main attention is paid to the electrical loads of smelting furnaces, transformers, motors, pumps, fans and auxiliary equipment. The requirements for reliability, voltage quality, safety and energy efficiency are discussed. The main measures for reducing power losses are identified, including reactive power compensation, automation, energy monitoring and power supply redundancy.

Ключевые слова: ферросплавный завод, электроснабжение, электрическая нагрузка, энергоэффективность, надежность.

Keywords: ferroalloy plant, power supply, electrical load, energy efficiency, reliability.

 Ферросплавное производство занимает важное место в структуре металлургической промышленности, поскольку ферросплавы используются при выплавке различных марок стали, раскислении и легировании металла, а также при получении продукции с повышенными физико-механическими свойствами. Особенно востребованными являются кремнистые ферросплавы, в том числе ферросилиций, применяемый при производстве легированных, углеродистых, нержавеющих, электротехнических и высокопрочных сталей. Рост спроса на качественные марки стали усиливает значение стабильной работы ферросплавных предприятий и требует повышения эффективности их технологических и энергетических систем [1].

Одной из характерных особенностей ферросплавного производства является высокая энергоемкость. Основными технологическими агрегатами таких предприятий выступают рудовосстановительные электропечи, работа которых связана с большими электрическими нагрузками, сложными тепловыми процессами и необходимостью поддержания устойчивого режима плавки. В научной литературе отмечается, что рудовосстановительные печи относятся к наиболее мощным промышленным потребителям электроэнергии, а их режимы работы оказывают прямое влияние на производительность, расход энергии и себестоимость готовой продукции [2].

Для металлургических предприятий проблема рационального электроснабжения имеет не только техническое, но и экономическое значение. В условиях роста производственных затрат снижение себестоимости продукции во многом связано с уменьшением энергетической составляющей. Исследователи подчеркивают, что повышение конкурентоспособности предприятий черной металлургии может быть достигнуто за счет внедрения энергосберегающих технологий, оптимизации режимов энергопотребления, сокращения потерь во внутризаводских сетях и модернизации энергетического оборудования [1].

Особую актуальность данная проблема приобретает для ферросплавных заводов, где увеличение выпуска продукции часто требует реконструкции плавильного производства и пересмотра параметров электрической нагрузки. На примере Братского завода ферросплавов показано, что высокая загрузка производственных мощностей, физический износ оборудования и рост себестоимости могут ограничивать дальнейшее развитие предприятия. В таких условиях замена устаревших руднотермических печей, использование имеющейся присоединенной мощности и обновление вспомогательного оборудования рассматриваются как важные направления повышения эффективности производства [1].

Система электроснабжения ферросплавного завода должна обеспечивать надежное питание мощных электроприемников, устойчивость технологических режимов, требуемое качество электрической энергии и возможность рационального использования установленной мощности. Для энергоемких металлургических объектов важны также компенсация реактивной мощности, снижение потерь, автоматизация управления энергохозяйством и контроль параметров электрической сети. Недостаточная надежность электроснабжения или отклонения напряжения могут привести к нарушению режима работы печей, простою оборудования и снижению производительности [3].

В связи с этим проектирование системы электроснабжения ферросплавного завода должно рассматриваться не только как расчет мощности трансформаторов, кабельных линий и защитных аппаратов, но и как комплексная инженерная задача, связанная с энергоэффективностью, надежностью и экономической устойчивостью производства. Целью данной статьи является рассмотрение основных особенностей электроснабжения ферросплавного производства и определение направлений повышения его надежности и энергетической эффективности. Материалы статьи могут быть использованы при разработке технических решений для промышленных предприятий с мощными электротермическими установками.

Ферросплавное производство относится к числу наиболее энергоемких направлений металлургической промышленности, поскольку основная часть технологических процессов связана с работой мощных электротермических агрегатов. На примере Аксуского завода ферросплавов видно, что предприятие имеет крупный производственный масштаб: ежегодно здесь выпускается более 1 млн тонн продукции, а производственная структура включает четыре плавильных цеха и двадцать шесть мощных металлургических печей. Основной продукцией являются высокоуглеродистый феррохром, ферросиликохром, ферросиликомарганец и ферросилиций.

Главными потребителями электрической энергии на ферросплавном заводе являются плавильные печи, печные трансформаторы, электродвигатели механизмов шихтоподготовки, насосные установки, вентиляторы, системы газоочистки, дробильно-сортировочное оборудование, конвейеры, краны, компрессоры, освещение и вспомогательные цехи. При этом наибольшая нагрузка приходится именно на плавильное производство, поскольку рудовосстановительные и дуговые печи работают в продолжительном режиме и требуют устойчивого электропитания. В работе по Юргинскому ферросплавному заводу отмечается, что основными статьями себестоимости ферросплавной продукции являются сырье и электроэнергия, причем доля электроэнергии в разные годы составляла от 31,92 до 43 %.

Для крупных металлургических предприятий характерна сложная система электроснабжения, большое количество подстанций различного назначения, протяженные кабельные и воздушные линии, а также необходимость надежного питания потребителей первой и второй категории. В таких условиях проектирование электроснабжения должно учитывать не только суммарную мощность электроприемников, но и характер их работы, график нагрузки, коэффициент спроса, возможность одновременного включения мощных агрегатов и режимы аварийного отключения.

Ниже представлена обобщенная схема электропотребления ферросплавного завода.

Рисунок 1. Схема электропотребления ферросплавного завода

Для предварительного определения расчетной полной мощности электроприемников можно использовать следующую зависимость:

                                                                                        (1)

где: расчетная полная мощность, кВА;

коэффициент спроса, учитывающий фактическую одновременность работы оборудования;

суммарная установленная активная мощность электроприемников, кВт;

коэффициент мощности электрической нагрузки.

Данная формула позволяет определить ориентировочную мощность, необходимую для выбора трансформаторов, распределительных устройств, кабельных линий и защитной аппаратуры. При проектировании ферросплавного завода расчетная мощность должна определяться отдельно для плавильного цеха, вспомогательных механизмов, насосных и вентиляционных установок, систем газоочистки, освещения и административно-бытовых потребителей. После этого нагрузки суммируются с учетом коэффициентов спроса и режима работы оборудования [4].

Система электроснабжения ферросплавного завода должна отвечать нескольким основным требованиям: надежность, бесперебойность, безопасность, требуемое качество напряжения, возможность резервирования и снижение потерь электроэнергии. Нарушение электроснабжения плавильных печей может привести к остановке технологического процесса, снижению производительности, увеличению простоев и дополнительным затратам на восстановление режима плавки.

Особое значение имеет качество электрической энергии. Работа мощных печных трансформаторов и электродвигателей сопровождается значительными токовыми нагрузками, изменением реактивной мощности, возможными колебаниями напряжения и неравномерностью нагрузки по фазам. Поэтому при проектировании необходимо предусматривать компенсацию реактивной мощности, правильный выбор сечения кабелей, расчет токов короткого замыкания, установку селективной релейной защиты и автоматического ввода резерва.

Для повышения энергоэффективности могут применяться следующие технические решения: установка современных трансформаторов с пониженными потерями, компенсация реактивной мощности, внедрение частотно-регулируемых электроприводов на насосах и вентиляторах, автоматизированный учет электроэнергии, контроль удельного расхода электроэнергии на тонну продукции, а также цифровой мониторинг состояния оборудования. В работе по Юргинскому ферросплавному заводу подчеркивается, что анализ энергопотребления должен включать определение структуры расходов, выявление участков нерационального потребления и расчет прямых потерь энергии [4, 5].

Практический пример модернизации можно увидеть на Аксуском заводе ферросплавов. На предприятии реализуется проект реновации плавильного цеха №6, где ферросплавная печь №64 имеет мощность 81 МВА и герметичную конструкцию. По данным компании, такая конструкция способствует снижению потерь электроэнергии и исключению нежелательных выбросов в атмосферу, а после выхода агрегата на проектную мощность его производительность должна увеличиться на 30 %.

Для повышения надежности электроснабжения ферросплавного завода целесообразно предусматривать питание наиболее ответственных потребителей от двух независимых источников, секционирование шин, автоматическое включение резерва, резервирование трансформаторов и регулярную диагностику состояния кабельных линий. Важную роль играет автоматизация, поскольку она позволяет оперативно контролировать режимы работы печей, трансформаторов, электродвигателей и вспомогательных систем. На Аксуском заводе также отмечается активное обновление систем автоматизации производства, включая автоматизацию разливочных машин в первом и шестом плавильных цехах [6].

Комплексное проектирование электроснабжения ферросплавного завода должно объединять технические и экономические решения. С одной стороны, система должна обеспечивать устойчивую работу мощных печей и вспомогательного оборудования. С другой стороны, она должна снижать потери, уменьшать удельный расход электроэнергии и повышать конкурентоспособность продукции. Поэтому при выборе оборудования важно учитывать не только установленную мощность, но и режимы эксплуатации, перспективу расширения производства, возможность модернизации и внедрения цифрового энергетического мониторинга.

Список литературы:

1. Вагина А.В. Повышение эффективности деятельности предприятия на основе реконструкции плавильного производства (на примере ООО «БЗФ») : бакалаврская работа. — Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2017. — 63 с.
2. Хацевский В.Ф., Гоненко Т.В. Энергосбережение и современные электротехнологии ферросплавного производства // Наука и техника Казахстана. 2007. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/energosberezhenie-i-sovremennye-elektrotehnologii-ferrosplavnogo-proizvodstva (дата обращения: 05.05.2026).
3. Корнилов Г.П., Шеметов А.Н., Шохин В.В., Усатый Д.Ю., Лыгин М.М. опыт внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий в системах электроснабжения металлургического предприятия // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2022. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/opyt-vnedreniya-energo-i-resursosberegayuschih-tehnologiy-v-sistemah-elektrosnabzheniya-metallurgicheskogo-predpriyatiya (дата обращения: 05.05.2026).
4. Б.И. Кудрин, И.Ф. Антонов, Р.Г. Астратов К вопросу об ожидаемых электрических показателях крупного металлургического завода // Известия ТПУ. 1972. №. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/k-voprosu-ob-ozhidaemyh-elektricheskih-pokazatelyah-krupnogo-metallurgicheskogo-zavoda (дата обращения: 05.05.2026)
5. Миконович Е.Е. Разработка мероприятий по энерго- и ресурсосбережению предприятия : выпускная квалификационная работа / Е.Е. Миконович ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Юргинский технологический институт. — Юрга, 2020. — 66 с.
6. Аксуский завод ферросплавов // Kazchrome : официальный сайт. — URL: https://www.kazchrome.com/ru/business-overview/divisions/aksu/ (дата обращения: 05.05.2026).