2022年台積公司廠務系統年度維修總結報告

1.前言

2022年是台積公司依據經濟部2018年8月15日新頒布生效的「用戶用電設備檢驗辦法」(母法：電業法第32條第5項)執行的第一年；有別於以往用戶電氣設備的保養法令，大多以「用電場所及專任電氣技術人員管理規則」、「勞工安全衛生組織管理及自動檢查辦法」等法令來管理，在此次新頒布的法令生效後，將有專門法規對用戶用電設備進行管理，亦提供用戶電氣設備保養周期、規範與準則。

為確保電力系統供電的可靠度與預防電氣設備事故，造成廠區工安與生產的影響，台積公司廠務組織亦因應專門法規頒佈，及考量實際保養需求，於2021年規劃成立「APM專案」，依據上述法規及美國國家標準學會(ANSI/NETA MTS-2019)電力設備和系統驗收測試規範標準、中國電力行業標準(DL/T596 -2021)電力設備預防性試驗規程及原廠設備保養手冊，除修正「TSMC FAC Power APM Ground Rule O.I.」外，並開始規劃台積公司各廠區年度維修計畫及時程安排。

1.1 台積歲修制度的沿革(1987~2000)

台積公司以往電力設備歲修周期係以參考「用電場所及專任電氣技術人員管理規則」、「勞工安全衛生組織管理及自動檢查辦法」要求，每年停電保養與檢測，並於歲修期間，一併將廠務空調、純廢水、化學品供應等系統的異常處理(漏水、漏酸、漏氣)，體質改善(Lesson Learnt、BKM、Best Practice)及系統測試(危害品EMO檢測、Calamity Test)及完成系統與SP1擴充Tie-in等工作。

由於科學園區特高壓用戶(69 kV /161 kV)電力架構係採取環路供電，在此時期各廠年度維修需環路用戶與台電公司共同協商同一個停電日期，所有環路用戶使用緊急發電機，透過CTTS或ATS開關，以低壓方式供應維生系統、無塵室環境與重要機台設備，絕大部分電力設備皆執行停電保養與檢測，如圖1所示。

由於往例歲修日期需選擇同一天，因環路用戶營運狀況差異及執行保養廠商人員不足，除停電日期難以協調外，也因保養廠商人員不足而大量採取點工方式，反而造成保養品質良莠不齊；因此經過與台電公司協調，除高壓用戶(11.4kV/ 22.8kV)因台電變電所電力架構需求仍維持同一天執行外，特高壓用戶(69 kV / 161 kV)可根據各自營運狀況，解環執行年度維修。

1.2 台積歲修制度的沿革(2001~2018)

從2000年起，台積公司由8”廠邁向12”廠里程碑，由於採取Giga Fab規劃，急電電力架構的設計，除維生系統仍維持由低壓供應外，廠務重要設備(如：無塵室空調、排氣、純廢水、製程冷卻水、化學品供應)與重要機台設備，亦由低壓供電改為緊急發電機組升壓至高壓電力架構，再依據需求，降壓至低壓開關供應，將早期8”廠獨立急電系統電力架構，改成併入既設電力架構的供電模式。

此時期起，8”廠與12”廠歲修周期與保養模式開始有稍微差異；8”廠依據往年的保養經驗、建廠年限與原廠設備保養手冊建議，嘗試規劃「2 ~ 3年停水、5 ~ 8年停電」的保養週期，如表1所示；而12”廠由於大多屬於新建廠區，因此保養週期多以參考營運狀況與實際需求，並未明顯制定保養週期，大致落在1 ~ 4年，且因急電架構與機台因素，大都以保養高壓盤為主，低壓盤甚少執行停電保養與檢測。

1.3 台積歲修制度的沿革(2019~)

2018至2022年間，台積公司在竹科、中科及南科接連發生七次南亞低壓盤電氣事故，如表2所示，造成工廠消防火警警報與生產的損失；在經過內外部電力專家的事故調查與原因分析，發現由於長期缺乏規律性的停電保養與檢測，導致盤內銅排錫鬚生長造成短路事故，另盤內健檢亦發現多數低壓盤內有螺絲、螺帽等金屬異物造成的潛在風險，因此在廠務莊子壽副總經理極力爭取下，配合新頒布生效的法令，特別成立「APM專案」，希望以前瞻性的思維，進行整體台積公司年度維修規劃，來確保電力系統的可靠度。

2.歲修計畫

2.1 歲修模式的建立

為落實所有電氣設備的保養需求，「APM專案」規劃以下的保養模式，確保廠區內所有電氣設備，皆可依照OI規範的保養項目與周期來執行，包括：

2.1.1 模式1 (1大P)

三年一輪歲修模式，規劃廠區所有變電站停電保養；其中2年分批停電保養高壓變電站(小P)，工廠單迴路供電可持續生產；第3年進行所有低壓變電站停電保養 (大P)，機台端除長復機機台供電外，其餘機台配合停電，無塵室溫度及濕度維持in Spec，所有電力停電維修以16小時內完成為原則，如圖2所示。

2.1.2 模式2 (2中P/3中P)

三年一輪歲修模式，規劃廠區所有變電站停電保養；其中2年分批停電保養高壓變電站(小P)；低壓變電站可選擇每年執行1/3停電保養或其中2年執行1/2停電保養(中P)，機台端除長復機機台供電外，停電區域內機台需配合停電，無塵室溫度及濕度維持 in Spec，所有電力停電維修以14 小時內完成為原則，如圖3所示。

另外，參考新頒布的「用戶用電設備檢驗辦法」第 16 條規定：用戶用電設備自新設現場檢驗接電起五年內應至少檢驗一次；超過五年者，每三年應至少檢驗一次。擬定台積公司新廠由送電完成日起三年內免執行APM，後續再納入上述模式管理。

其次，為因應廠區特性及營運彈性，亦定義成廠區歲修模式1、模式2轉換或歲修時間變更，需經由該廠區之廠(處)長同意及考量不影響已排定APM保養日期廠別後始得變更，並於變更時間作業後仍需遵照歲修要求完成所有變電站停電保養。

2.2 歲修項目與周期決定

為建立電氣設備合理的保養(檢測)項目與周期，「APM專案」除依據以往公司內部電氣設備事故的事故分析資料外，並參考台灣電業設備檢驗維護辦法、台電公司維護管理作業手冊、原廠設備保養手冊、美國國家標準學會-電力設備和系統驗收測試規範標準及美國APS電力公司維護管理規範，增加原先OI規範9項檢驗項目及調整3項周期，並經過廠務技術委員會大會同意，期待能對電氣設備維護保養，建立一份可追蹤且有效的保養規範。

• 一級:每年例行檢查，可採在線供電且不影響生產方式依分級保養表實施。低壓電氣盤可依IR檢查結果異常部分，執行局部停電維修改善。
• 二級:三年定期檢查，採停電檢查方式依分級保養表實施。
• 三級:六年定期檢查，採停電檢查方式依分級保養表實施。
• 四級:十五年完成停電細部保養，依分級保養表實施設備大修及重要元件更新。 電力設備保養項目、週期(級別)如分級保養表內容，如表3所示。

下述一、二、三、四級得合併實施；如未依上述原則與時程執行保養的電力設備，需營運副總簽核同意。

2.3 歲修時程安排

由於台積公司在台灣已有32個成廠區，未來幾年亦有19個新廠區即將送電，為有效管理歲修時程，將依據以下規則，對歲修時程進行安排。

• 各Node APM依季別分散規劃，避免各Node產能影響，同時考慮未來新廠APM需求時程。
• 事先排定各廠APM行事曆，資源撫平，固定各廠每年APM時間，各單位較好實施產銷與保養計劃。
• (大P/中P)APM排在月初，(小P) APM則微調周別。

2022年為APM歲修模式標準化調整運轉年，成廠區歲修排程將依據APM專案組織排定為原則。

另外，由於F18P1以前的廠務系統供電架構採「1A1B」供電方式，如圖4所示，因為屬於同一個低壓盤，所以在維修時；若以單邊供、停電方式運作，恐有人員感電之虞，故需要在年度維修之前，將供電方式修改為「1A2B」模式。所以，當執行 (大) APM 時，廠務可以確保潔淨室環境符合規範。

因此各廠將啟動移載工程，由於移載工程耗時，故2022年執行 (大) APM風險高，僅安排F14P5及F12P4/5執行大或中APM。經過上述原則的安排，2022年台積公司各廠歲修時程，如表4所示。

3.執行成果

3.1 2022年歲修保養項目與風險管控統計表

2022年APM計畫執行20廠區歲修(大Px1、中Px1、小Px18)皆已順利完成，包含F12P45廠區大APM、F14P5廠區中APM及18個廠區小APM。配合APM今年完成 8,341項保養作業，共找出並解決88項嚴重風險與589項潛在風險，可以有效預防各廠區大規模的停電事故及復線時間，如表5所示。

接下來更進一步分析，各廠區前次執行歲修年份(小P為主)與此次2022 年APM時間對照表(間距約1 ~ 4年)及今年歲修新發現風險數量比較，供大家參考，如表6所示。

3.2 歲修主要異常風險分析說明

3.2.1 低壓配電盤錫鬚與異物清除

統計Y2018 ~ Y2022年至今，台積公司共發生七次南亞低壓配電盤錫鬚短路事故，對公司營運與聲譽造成嚴重影響(案例：F12P6 2021/3/31低壓盤短路事故觸動CO2噴放、半邊電盤嚴重損毀、現場作業廠商受傷、園區消防隊到廠內待命及133台設備停機，當天搶救復原供電長達10幾個小時)。

統計2022年低壓盤缺失統計，如表7所示；APM專案團隊會同相關電力專家協助所有南亞低壓配電盤廠區進行全面電盤頂金屬異物移除與盤內錫鬚清除，包括執行兩階段目視與內視鏡健檢及錫鬚與異物清除改善作業。

第一階段：廠務工程師執行盤頂散熱孔可見光檢查(4/26 ~ 5/2)；檢查200套配電盤共1,994個列盤，其中有276個盤體上方散熱孔內部，共遺留380個螺母、華司、長板手等金屬異物。其中97%金屬異物(367個)位於合盤內溝槽(深4cm)，無掉落下方銅排疑慮，判斷為低風險；另外，有12個高風險金屬異物位於銅排上方，盤頂高風險異物均在5月3日前全數移除完畢，如圖5所示。

第二階段：委託電氣顧問公司專業人員進行配電盤後方ACB銅排紅外線及綠光錫鬚內視鏡檢查(4/28 ~ 7/7)；全檢200套配電盤共4,470個ACB開關，總計發現39處高風險(相間錫鬚 > 7mm)、128處中風險(相間錫鬚 5mm~7mm或外側錫鬚 > 5mm，)及2,195處低風險(錫鬚 ≦ 5mm)，如表8與圖6所示。

統計2022年南亞低壓配電盤39處錫鬚高風險清除作業均已完成改善，達成年底移除目標，如圖7所示；接著2023年將按計劃依序進行中風險改善，當在錫鬚尚未全數改善前還要搭配半年定期檢追蹤，其餘低風險則可搭配高/中風險一併處理或利用APM完成清除；此項錫鬚改善專案可以減少廠區無預警停電事故與造成工安及生產的重大影響。

3.2.2 低壓ACB開關接點變色與機構卡死改善

大/中APM是針對低壓電盤停電保養，小APM是針對高壓設備停電保養；2022年度規劃執行低壓變電站停電保養僅F12P45與F14P5兩廠區，開關保養發現的異常，如表9所示。

低壓盤除了要解決錫鬚問題外，也發現了兩項ACB開關嚴重異常缺失(1) 12顆低壓電盤ACB開關內部操作機構因潤滑油固化，造成開關操作機構卡死無法正常操作(2) 5顆低壓電盤 ACB開關內部消弧室主接點產生銅綠現象，此異常直接接影響到銅金屬之導電性，進而可能影響到開關正常的啟斷功能(案例: F15P34 2022/7/26 ACB短路事故引發50%低壓盤停電，廠務UPW供應異常，影響41台設備，歷經7個多小時搶救才恢復設備生產)。以上兩處異常點，異常所在位置都是在開關內部，平日無法檢測出來，必須藉由3年定期停電保養來更換機構潤滑油與執行消弧室開蓋清潔保養，才能確保系統可靠度，如圖8所示。

3.2.3 保護電驛失效更換

保護電驛(Protection Relay)失效風險就是負載無保護功能，一旦此開關下游發生電力故障時，保護電驛將無法有效連鎖CB開關啟斷下游故障，將造成更大規模的停電事故及復線時間(案例: F14P5 2022/3/27 ACB銅排短路事故除導致CO₂噴放、也因保護電驛延時動作，將原本50%列盤停電擴大100%全停，造成下游112台設備停機生產受影響，搶救近5小時恢復正常生產)，開關保護電驛Relay保養發現的異常，如表10所示。

分析2022年主要高風險Relay異常為F12P45發現5顆低壓ACB開關用保護電驛(ABB型號RFF610)測試異常，立即更換備品；事後再經調查確認為內部控制板上電容器膨脹失效，因考量電驛平日檢測有斷電風險，故送電中開關不建議平日施作維護保養。另外2顆異常為F12P3 / F3E 高壓盤保護電驛(ABB型號SPAJ140C)，因其電源模組故障無法檢測，經更換模組備品後功能測試均正常，如圖9所示。所以定期停電保護電驛檢測與搭配開關跳脫功能測試是為有效對策。其他還有電驛通訊異常，電源供應模組低電壓調整，均隨歲修一併改善完成。

3.2.4 特高壓161kV GIS開關機構異常更換

161kV GIS開關為台灣電力公司與FAB工廠電力供應之介面樞紐，萬一開關發生異常時剛好又遇到廠區內電力系統發生故障，GIS無法啟斷隔離事故點，工廠停電區域將會擴大，而且也會造成園區內其他用電戶發生電力大壓降(案例：F14P7 2021/4/14 因園區外環路廠商施工誤損161kV高壓電纜，造成P7全廠停電，發電機啟動救援8小時，在機台設備大量斷電及無塵室溫濕度OOS影響下，總計報廢萬餘片)。統計GIS相關缺失如表11所示。

其中GIS維護保養過程主要發現異常有(1) F12P6 ABB GIS油壓泵浦傳動齒輪2組裂痕，此嚴重後果將使GIS無法正常操作失去主動隔離事故點能力 (2) F8 Siemens GIS SF6 2組氣壓泵浦本體潤滑油洩漏，因SF6絕緣氣體壓力不足恐將造成消弧能力變差引發斷路器失靈短路事故；以上狀況均利用停電歲修當日順利修復完成，已排除運轉風險。GIS瓦斯絕緣開關為達靈活操作與高安全性保護之優勢，因此內含液壓、氣壓、彈力與傳動機構等配件相當多，所以原廠建議6年內要完成所有機構輪流停電保養維護與連動檢測，以確保用電與操作安全，如圖10所示。

3.2.5 傳統高壓設備元件與開關老化處理

傳統高壓配電盤中包含相當多電氣元件與傳動機構，必須落實3年停電潤滑保養與跳脫測試，才能維持電力系統可靠度。分析2022高壓傳統盤主要高風險缺失為真空斷路器VCB (Vacuum Circuit Breaker) (1) F6 VCB內部操作機構因潤滑油固化而卡死，造成跳脫線圈持續激磁導致過熱燒毀 (2) F3 / F14P12 VCB開關接觸點夾具嚴重氧化。 因為上述之機構皆位於盤體內部平日是無法使用IR紅外線來檢測異常，但導體在高接觸阻抗之密閉空間下溫度將持續上升，恐造成絕緣破壞及相間短路事故，以上均只能利用歲修停電執行檢測與修復。如表12與圖11所示。

3.2.6 高壓電纜HV cable異常劣化更換

22.8kV高壓電纜使用於廠區輸配電系統中，目前公司使用以XLPE (交連聚乙烯)絕緣電纜為主，其優點除了絕緣性與耐熱性佳，還有電氣特性穩定等優點；同時APM專案也參照IEEE 400.2-2013的測試規範來執行主變壓器161kV/22.8kV二次側電纜VLF (Very Low Frequency test )極低頻耐壓測試，以便追蹤最重要電纜老化趨勢。本次F6即依照此規範執行高壓電纜測試，發現1號主變壓器其中兩條高壓電纜線(S4,T4) 之介質散逸因數(tan δ)有劣化現象；因F6為兩顆主變壓器供電，HV Cable故障將造成工廠50%停電。為考量日後運轉風險，經相關電力專家討論後當晚立即以備用線路更換，解除半廠停電風險(案例：F15P1 2021/7/14 2號主變壓器二次電纜接續端子故障，造成P1 50% FAB 電力供應中斷，約影響200機台斷電)，如表13與圖12所示。其他案例為急電高壓電纜處理頭外觀異常，已安排時間要來更換。

3.2.7 主變壓器電驛漏油與有載切換開關積碳處理

台電一次輸電地下線路161kV電力透過GIS導入後必須再經過主變壓器MTR(Main Transformer)降壓成廠務輸配電系統中所需22.8kV電壓等級，所以主變壓器可說是廠內變電站核心；為達高電壓與高容量161kV/90 MVA使用等級，採用”油浸式”變壓器，其中絕緣油除了用來進行絕緣外，同時也靠內部絕緣油的循環將變壓線圈所產生的熱量帶到散熱風扇進行溫度控制；廠區依用電規模主變壓器有區分2 ~ 6顆不等配置，一旦發生故障將造成全廠25% ~ 50%區域停電或間接造成火警事故(案例:竹科亞東氣體廠 2022/5/19 主變壓器爆炸造成工廠全停電並引發火警而且造成新竹科學園區電力系統大壓降)。

2022 年MTR維護保養主要發現異常(1) F15P6 1號主變壓器之布氏電驛滲油，布氏電驛是安裝於變壓器本體與油鼓間之連通管上，功能是要檢測出主變壓器內部故障發生時要立即進行上游GIS開關跳脫保護，當日已更換新品完畢 (2) F14P12 3號主變壓器進行6年保養有載切換開關OLTC (On Load Tap Changer)時發現其表面積碳嚴重，立即調閱近三年絕緣油檢測紀錄均在正常標準值內，後續進行OLTC例行清潔與更換絕緣油及活線濾油機濾心，送電持壓均正常，但仍會列管持續追蹤OLTC與絕緣油品質；所以在此也驗證了定期停電維護保養是有效的對策，以確保主變壓器運轉安全，如表14與圖13所示。

3.2.8 CGIS高壓匯流排比壓器加保險絲改善

高壓瓦斯絕緣定型開關CGIS(Cubicle type Gas Insulated Switchgear)中包含相當多的CB，DS，ES等開關元件與傳動機構，參照台電保養以及原廠建議下，定義每6年停電潤滑/保養與跳脫測試，維持電力系統可靠度。分析2022年主要缺失部份，統計共計69項改善，如表15所示，其中潛在性風險，儲能馬達DC電壓接點有燻黑更換 (F15P6)；機構鎖固缺失改善 (F18P1) 以及計數器異常，計數彈簧卡扣脫落更換(F16)，均利用本次APM機會加以修正，以提升電力供電品質的可靠度，如圖14所示。

CIT改善部份：22.8kV CGIS開關匯流排上比壓器PT(Potential Transformer)用途是偵測系統電壓，將高電壓側以一定比例精確轉換成另一低電壓側數值，且一次、二次間需無相角差，以便於連接儀表與保護電驛元件。西門子原廠設計PT並沒有保險絲(Fuse)作為保護，當PT原件故障時，故障電流無法有效啟斷，此PT故障將導致系統主開關保護功能作動，進而跳脫系統主開關，嚴重時將影響FAB 25% ~ 50% 電力供應 (案例：F15P1 2017/5/10 匯流排比壓器故障，造成P1 50% FAB 電力供應中斷，總共造成數百片產品報廢，24小時後才恢復雙邊正常供電)。

既設廠區 (F12P7、F15P1~P6、F14P7、F14P6)改善方式為增設24kV等級Power Fuse可即時熔斷作動以保護電力系統，而不影響電力供電，以上CIT改善利用停電歲修當日順利更換完成，已無運轉風險，如圖15所示。新設廠區PT改為40.5KV電壓等級增加絕緣強度，增設Fuse及3位置開關作為線路的保護措施。

3.2.9 變壓器N相銅排接觸片電蝕改善

盛英Y2006 ~ Y2019 生產模鑄變壓器，其N相鋁排接點設計(鋁+銅+鋁) 其鋁板間安裝熱浸鍍錫銅片有電位腐蝕高溫現象產生(熱浸工法導致接觸面不平整→熱→掉錫→電位差產生電蝕之惡性循環) ; 另外R、S、T 相之接點亦為(鋁+銅+銅)設計，也會有電位腐蝕風險(銅鋁接觸電位差的產生導致電蝕之惡性循環)。其溫度持續過高，將導致變壓器輸出容量下降，接點處溫度過高，絕緣能力下降，嚴重時將影響變壓器單邊輸出(案例：F14P4 2021/6/19，因模鑄變壓器故障，隨即觸發火警警報及CO₂噴灑，造成64機台斷電)。

統計2022年模鑄式變壓器CIT改善統計，如表16所示；廠區內有N相銅排接觸片連接時，平常IR檢測時就可發現溫差現象，經停電拆解後也可清楚看到異金屬電位差所造成電蝕現象，如圖16。

3.2.10 緊急供電系統絕緣不佳改善

緊急供電系統 (Emergency system) 將於停電狀況發生時自動啟用，以便供應維生系統及廠務重要設備(如：無塵室空調、排氣、純廢水、製程冷卻水、化學品供應)與重要機台設備等緊急使用。萬一發生緊急電無法於電力系統異常時順利啟動，將造成廠區電力系統完全中斷，工廠停電區域將會擴大100% (案例：F14P7 2021/4/14外環施工誤損161kV高壓電纜，發電機全數啟動救援長達8小時，急電部分供電下仍會造成工廠晶片報廢)。因發電機房為半戶外空間，環境的溼度較潮溼時，高壓絕緣礙子受表面污染物髒汙/霧化或破損及受潮等影響都將導致導電性增加(絕緣降低)，影響高壓礙子絕緣能力，其高壓礙子需定期進行目視點檢與清潔保養，以延長高壓支持礙子使用年限。

統計2022年緊急供電系統異常缺失統計，如表17所示；高壓礙子表面積汙/積塵、霧化現象，以及表面破損/缺角等問題都藉由本次歲修改善，以確保及電系統供應的可靠度，如圖17所示。

3.2.11 新建廠區Commissioning落實與環境管理

因近年產能擴充接續建廠且時間急促，變電站環境控制不易且灰塵量大，當送電後此些累積之灰塵，可能造成電氣設備導體間發生閃絡短路或誤動作發生，此結果將造成停電事故或是更久復線時間。建議新廠應於量產前完整執行一次配電盤內/盤頂全面清潔，如表18與圖18、圖19所示。

4.結論

2022年為台積公司首次藉由「APM專案」來統籌規劃歲修排程及標準化保養內容；執行過程除了必須考量廠務部1A2B電源分散進度與工程部機台移載狀況外，我們也會了解APM執行對製造部的產能影響；若是碰到保養日期有變動，我們也會在人力/器具有限資源不衝突情況下去做調配來滿足各廠需求；所以今年能夠如期完成20個廠區APM，也是要感謝相關單位同仁的努力與配合才能夠順利達成此目標。

歲修除了例行保養維護與點檢測試外，各廠也利用此次機會去發現運轉面的潛在問題，作為下一輪年度保養改善依據；所以APM專案團隊也已收集好各廠歲修期間所發掘的嚴重與潛在風險，在上面年度維修總結報告中就是按照此11個電力系統架構來說明相關缺失改善內容，相信後續20篇專文還會有更精闢的技術分析與解說。

最後仍要感謝三位外部電力專家王丕忠技師、李尚懿教授及鄭強博士對台積公司歲修專文審稿過程中給予專業建議與指導；廠務將透過APM年報出刊方式，呈現給相關同仁參閱，以凸顯廠務在運轉風險管理上的努力，以及給後續APM廠區作為精進學習參考。