Fab12P3 & Fab3E 年度維修報告與變壓器銅排電蝕處理分享

1.前言

Fab3E及F12P3廠區前身為德碁半導體所建置DRAM廠房，主要製程為45、65及130奈米，於2000年併入台積公司，並改為台積七廠；廠區設備運轉迄今，已約近30年，期間進行過17次歲修保養。

F12P3及Fab3E電力設備有別於他廠，因本廠使用之69KV ABB ENK CGIS為全台積僅存的老舊形式且為Single Bus架構，其缺點包含SF6無法及時回收且其排放可能造成大氣汙染、87L Relay老舊無法進行檢測等問題，因69KV CGIS為電力系統中相當重要的設備，當其故障影響範圍甚大，輕則影響半廠電力系統，重則導致全廠停電，甚至影響到園區內其他電力用戶，所以目前積極規劃『新積七』變電站來汰舊換新，確保電力系統穩定運轉，如圖1所示。

2.歲修計畫

2.1 APM歲修範圍

Fab3及F12P3在Y2022年度歲修保養項目共6個工項，執行30%高壓電力設備保養，保養設備包括69KV CGIS、主變壓器、22.8KV GCB、模鑄式變壓器、保護電驛，執行30%高壓電力設備保養，執行範圍，如圖2所示。

2.2 APM歲修時程

F12P3及F3E Y2022小APM，電力部分共10項工程，包含6項保養工程及4項系統維修改善工程。主要工作內容為30%高壓電力設備保養，及配合停電區域進行系統維修改善，施作時間為3/22 08:30~3/23 17:30，共花費2天完成。每天切換流程(停電)：06:00-07:00，各工項執行時間：07:00-17:00，切換流程(復電)：17:00-18:00，如圖3所示。

2.3 APM人員組織架構圖

APM組織分成六組，分別為1.值班組2.CGIS組 3.XTR組 4.GCB組5.ACB組 與6.保護電驛組。值班組負責SCADA/廣播/戰報整理，並彙整現場狀況與進度報告戰勤官與指揮官。69 kV GIS組負責69kV GIS & MTR保養與回報，XTR組負責MTR保養與回報，GCB組負責GCB保養與回報，變電站ACB組負責ACB保養及保護電驛組負責保護電驛測試與回報，人力組織架構，如圖4所示。

2.4 APM Utility供應狀態

Fab3E及F12P3執行全廠小APM約30%高壓電力設備保養，廠區電力與水、機、氣等，所有Utility供應一切正常，並不影響工廠生產。APM將CUPS維持INV模式、OLTC Tap調整，透過前述兩項作業使電壓穩定，系統正常運作。

2.5 APM 保養維護工程總表

次F12P3 APM保養項目共10工項(如表1)，執行30%高壓電力設備保養，保養設備為69KV CGIS、主變壓器、22.8KV SWGR、保護電驛、模鑄式變壓器(含CIT N相銅排接觸片更換)等，為掌握工程進度，預先將工程預計施作時間設計為海報形式(表2)，歲修當天配合現場工程師每小時回報並記錄於中控室海報，確保工程進度符合預期。

2.6 APM人員管控表

APM參加人員共142人(工程師共32人，廠商110人)，06:00~18:00，APM時間12小時(表4及表5)，每日施工人員管控如表3所示。

3.執行成果

本次保養共執行6項保養作業及4項維修改善作業，在為期兩天的工期內，各工項皆順利完成。

3.1 APM當日工程進度管控表

3/22~3/23共執行10項保養及維修改善工程，均於08:30開始動工，18:30收工，當日工程進度由各現場工程師彙整給值班室人員，再統一由FMCS人員以戰報方式更新進度狀況。

F3E歲修工程進度，如圖5所示，原預計至下午3點才會有工程進度完工，當日因CGIS及MTR相關工程因遇下雨，無法進行OLTC吊出，而提早完工，導致實際進度超前原先計畫，並一路超前進度至6點順利完工。

F12P3歲修工程進度，如圖6所示，與原先計畫進度相符，於下午4點因發現GCB底座連桿斷裂導致機械干涉，立即調動備品進行更換，因更換手法較為繁雜導致時程Delay，但最後仍於下午六點順利完工。

3.2 APM FAC Utility品質回線大盤表

全廠小APM執行30%高壓電力設備保養，僅進行高壓站切換及低壓站Main-Tie-Main單邊供電，不影響工廠生產，FAC Utility品質正常，如表6及表7所示。

3.3 APM歲修保養項目完成統計表

F12P3及F3E本次歲修規劃進行30%高壓電力系統保養，其中各項目執行狀況及發現問題統計，共有5項主要缺失，共計13個設備異常，如表8所示；上述5項缺失，包括69KV CGIS接地開關馬達故障、主變壓器OLTC視窗漏油、GCB銅排接點氧化、模鑄式變壓器銅排腐蝕異常及GCB保護電驛4D29模組故障 & Relay數值修正，若上述元件及設備發生故障，將造成廠務供應品質失控(OOS)及供應量不足、大量晶片報廢(Wafer Scrap)、長時間復線時間(Long Recovery)、消防火警影響及人員傷害等意外事故。

3.3.1 69KV CGIS 接地開關馬達故障異常檢討

本次歲修進行GIS#780開關氣室檢查保養，操作過程中發現69KV CGIS，如圖7所示，接地開關之馬達故障，立即將備品進行更換，並經電氣顧問公司檢測正常。

另外，更換過後進行782E ES仍無法投入，原因為下游22.8KV 主盤(202) GCB 啟斷後已移出至Test 位置(避免下游誤操作造成短路事故)；後續將主盤GCB(202)位置搖至於Service且啟斷，執行782E ES 投入成功，如圖8及圖9所示。

3.3.2 主變壓器OLTC視窗漏油異常檢討

本次在主變壓器保養的過程中發現，MTR#3的OLTC視窗漏油，如圖10所示，其可能造成主變壓器內部絕緣油減少或是劣化，造成消除掉電弧的能力衰減，造成嚴重的電力事故或引發火警，因此當天直接將其更換為新品，並一同檢查其餘MTR是否有相同的情況發生。

3.3.3 GCB銅排接點氧化異常檢討

本次在F12P3及F3E保養的44組GCB中，發現有3組銅排接點氧化狀況如圖11，由於此異常點在開關內部，平時無法檢測，這些問題僅能利用歲修停電期執行檢測與修復。

3.3.4 模鑄式變壓器銅排腐蝕異常檢討

盛英變壓器因銅排接觸片金屬材質不同造成電位腐蝕現象的發生，如圖12所示，此次在進行模鑄式變壓器保養時發現其中有4台變壓器有銅排腐蝕及電鍍不良之問題，於變壓器停電保養期間，施做鋁銅雙金屬片之安裝。

3.3.5 GCB保護電驛4D29模組故障 & Relay數值修正

進行保護電驛測試時，將Relay SPAJ140C之Power Module更換完畢後進行送電，此時出現4D29模組異常且IRF燈號亮起，將模組更換新品後恢復正常如圖13。

4.檢討傳承

本次歲修規劃為高壓電力設備30%保養，由於F12P3及F3E成廠至今已運轉約30年，在高壓電力系統的切換中，往往存在著過往設計經驗累積之邏輯連鎖及interlock，或者機械動作不順及輔助接點異常的突發狀況，遭遇到切換操作不順利的情況發生時，也仰賴著充足的事前準備及電力專家的協助，將問題迎刃而解，順利完成電力切換。為傳承好的經驗及檢討不好的規劃避免下次再發，茲將弱點及優點整理如下。

4.1 模鑄式變壓器接點電位腐蝕

F12P3&F3E XTR年度保養進行變壓器二次N相銅片(鋁+銅+鋁)電蝕改善工程，一台變壓器有3片N相接觸片(三相各兩片)，本次更換4台共更換12片接觸片，及R、S、T三相接觸片之間也有此問題發生，觀察更換下來的接觸片皆有輕重程度不一的電位差腐蝕現象(圖14)。

導致金屬腐蝕的原因主要有三種：化學腐蝕、電化學腐蝕及生物腐蝕。其中又以「電化學腐蝕」最為常見，即我們一般熟知的氧化反應，也就是金屬本身與空氣中的水和氧反應，最後失去電子、留下氧化物的過程。金屬會失去電子主因為「標準還原電位差」低於氧氣，所以電子會被電位高的氧氣搶走，導致結構受到破壞、影響原有特性。而這種因電位差而造成腐蝕的現象如圖15，我們就稱之為『電位差腐蝕』。

電位差腐蝕，又稱伽伐尼腐蝕(galvanic corrosion)，其原因為兩種不同金屬電氣接觸時，簡單來說較活潑之金屬為陽極，反之則為陰極，其中陰極電壓較低易發生腐蝕，可透過以下陽極指數表觀察到銅鋁之間的電位差關係，如圖16所示。

電位差腐蝕容易造成帶電體因阻抗變高造成導體溫度變高，如圖17所示。異常高溫會導致變壓器壽命減少，進而影響供電穩定度。本次將變壓器N相板與N相抽頭間所安裝介質阻板移除，已避免不同材料產生電位差腐蝕影響。

現況因變壓器N相抽頭(鋁)與連接鋁板所安裝之接觸片(銅)之間直接接觸，由於鋁的電極電勢為-1.662V低於銅的電極電勢+0.337V，因此鋁單質會不斷地被氧化腐蝕，而銅則得到還原。而透過本次APM將N相鋁排之銅屬性的接觸片移除，改用導電膏取代及R、S、T相接觸片改用鋁銅雙金屬片並添加導電膏銜接來改善此一問題，如圖18所示。至此盛英模鑄式變壓器因不同材質造成電化學腐蝕的問題皆可透過此兩種方式解決，其造成的鋁排螺絲溫度過高之潛在風險也得以改提高，大大提升了系統運轉的穩定度。

5.結論

依據FAC Power APM Ground Rule，Fab3E+F12P3 執行三年一輪歲修模式，預計12小時，本次APM準時結束，總共花費時間12小時，順利完成30%高壓設備停電保養，也將異常順利改善完成。

本次APM由2021/10月開始規劃，歷經六個月，從工項規劃、PRPO開立、人機料法環Review、全廠切換規劃與跑位、支援人力說明會等，一切都要感謝同仁的團隊分工與長官們的經驗傳承與技術指導，一步步照著規畫，按部就班順利執行。此外，感謝竹科廠務電力課同仁在保養工項上支援，讓此次APM順利完成，畫下完美的句點。