Fab14P1/2年度維修報告與主變壓器OLTC積碳異常處理分享

1.前言

F14P12廠區為台積公司在南科建立的第一個12吋晶圓廠，主要的製程技術為N90/N65；其電力架構有別於其他12”廠先進晶圓廠(Giga Fab)，採用定型SF6瓦斯絕緣高壓盤(C-GIS)及Form 4B設計的定型低壓盤，F14P12仍以傳統高壓盤及低壓盤為主，透過空氣及銅排絕緣包覆，相對盤體尺寸與空間較大。

F14P12自2002年成廠自今已持續運轉超過20年，期間共經歷4次歲修保養，本次歲修為小APM模式，進行全廠50%高壓電力設備保養，準備時間從2022年6月開始，期間歷經廠商訓練、原廠技術支援、課上人員操作教育訓練、每週固定會議、電力專家參與討論，吸收過往歲修經驗及專家建議後，於10月完成歲修準備。

2.歲修計畫

F14P12 Y2022小APM，電力部分共12項工程，包含7項保養工程及5項系統維修改善工程。主要工作內容為50%高壓電力設備保養(F14P12 100/300迴路、P1發電機並聯盤)，及配合停電區域進行系統維修改善，施作時間為10/17 08:30 ~ 10/20 17:30，共花費4天完成。每天切換流程(停電)：06:00 ~ 08:30，各工項執行時間：08:30 ~17:30，切換流程(復電)：17:30 ~ 20:00。

2.1 APM人員組織架構圖

F14P12 APM組織圖，如圖1所示，在四天的工作內，依照每天任務分組。值班組負責SCADA監控、廣播、及歲修戰報，並將當天大盤狀況彙整給總指揮官，機動組負責臨時任務及IR SCAN任務，現場指揮官安排課上資深人員擔任，負責該區域的任務指揮及工作進度回報，並指導該區域同仁各工項該注意事項，現場組員負責各工項的施工前確認、施工中檢查及施工後驗收，最後並邀請電力專家及APM Team參與，可適時提供專業建議及協助。

2.2 APM Utility供應狀態表

F14P12本次歲修為小APM執行50%高壓電力設備保養，僅進行高壓站切換及低壓站Main-Tie-Main趕單邊操作，不影響工廠生產，Utility供應狀態正常。

2.3 APM保養維護工程總表

F14P12本次歲修共進行12項工程，包含7項保養工程及5項系統維修改善工程，如表1所示。保養設備為50%高壓電力系統，包含161kV GIS、油浸式主變壓器、22.8kV傳統高壓盤、22.8kV高壓電纜、22.8kV GCB及VCB、保護電驛、中/低壓變電站模鑄變壓器，並配合現場張貼告示，確實執行施工前一、二次側驗電、放電、掛接地夾，及施工後檢查，確認接地夾已移除、DS開關及保護電驛設定復歸，確保施工及系統復原可順利進行。

2.4 APM人員管控表

F本次小APM共進行四天，參加工程師共40人，參加廠商共105人，每日施工人員管控，如圖2 ~ 圖5所示，現場指揮官由課上資深人員擔任。

3.執行成果

畫的時間於初期是超前60分鐘，最後在執行系統復電操作過程，因為高壓兩側主變壓器負載差異過大，造成系統並聯操作延遲將近30分鐘，若調整同步電驛設定條件，整體時程可以提前60~90分鐘，如圖4所示。

3.1 APM當日工程進度管控表

10/17 ~ 10/20共12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於Teams戰情群組，如圖6所示。

3.2 APM FAC Utility品質回線大盤表

本次歲修為小APM，僅進行高壓站切換及低壓站Main-Tie-Main趕單邊操作，如圖7所示，不影響Utility供應，整體Utility品質狀態均正常。

3.3 APM歲修保養項目完成統計表

F14P12本次歲修規劃進行50%高壓電力系統保養，保養電氣設備512個，其中各項目執行狀況及發現問題統計，共有6項主要缺失，11件電氣設備元件異常，包括GIS模式選擇開關不良，MTR OLTC表面積碳與釋壓裝置極限開關不良、模鑄變壓氣鐵心耐熱漆剝落，支撐礙子斷裂及軸流風扇異常，比流器放電痕跡及端子熔毀，VCB銅排氧化、歪斜投入線圈異常與DS Interlock裝置異常等，歲修保養統計表與異常案件說明，如表2所示。

3.3.1 GIS模式選擇開關不良與電力架構檢討

F14P12 GIS為MERLIN GERIN Single Bus架構，總共4 Bay，2022年施作1 Bay、3個開關，包含CB 1650、ES 1650BE、ES 1650TE，保養內容包含SF6氣體相關檢測(SF6露點、SF6純度、SO2含量、含水量)，CB機構相關測試(本體清潔及機構保養、液壓油檢查)、本體開關/DS連鎖測試、接觸電阻量測。

在執行開關連鎖測試時，發現接地開關1650TE模式選擇開關脆化，無法正常投入與啟斷，如圖3所示。此將影響保養工作進行時，施工人員安全性，更彰顯出F14P12成廠已久，GIS重要元件已逐漸老化的潛在風險。

目前廠務針對Merlin Gerin Single Bus舊架構GIS的部分，已購買共用備品庫並統一存放於F15P5，緊急時可調撥給F6、F8、F14P12使用；長遠計畫則依照電力專家及APM Team建議，可評估空間及施工風險後，汰換為較新式電力架構之Double Bus GIS，可降低內部Critical設備故障(如Bus PT)，造成廠區長達數月停電的電力架構弱點，如圖4所示。

3.3.2 MTR OLTC表面積碳與釋壓裝置極限開關異常檢討

F14P12 MTR為士林電機製161kV/22.8kV 60/75/90MVA，總共2個，2022年施作1個(MTR#3)，保養內容包含外觀檢點、保護電驛功能測試、OLTC吊出檢點清潔、絕緣油檢測、電性檢測(絕緣電阻試驗、介質電力因數試驗、匝比、線圈電阻)等。

執行OLTC吊出檢點清潔作業時發現到OLTC表面積碳嚴重，如圖5所示。調閱保養紀錄上次保養時間為2011年，若無處理將持續使有載切換器絕緣油劣化並產生放電訊號時，將可能造成全廠50%區域停電或間接造成火警事故，對生產機台與廠務系統造成相當大的影響。

由此案例也可凸顯落實保養的重要性，除了歲修時確實保養點檢外，每週定期巡檢活線濾油機亦可確保有載切換器絕緣油，可正常維持良好品質；由最近一次委託翰林進行之絕緣油檢測紀錄(如圖6所示)，可確認有載切換器絕緣油尚在合格標準內，對系統尚無立即性危害。惟基於設備安全理念，擬通盤檢討OLTC每3年執行一次內檢的適用性。

未來針對老舊廠區之主變壓器附屬設備，可依照原廠建議主變壓器元件汰換年限(如圖7所示)，評估風險後逐年安排汰換。

另外一個缺失，則是在執行主變壓器保護電驛功能測試時，發現釋壓裝置機構異常，如圖8所示；若絕緣油壓力異常或油中氣體大量產生，使釋壓裝置動作時，因機構異常無法正常送出跳脫訊號至遠端遙控盤(RCP Panel)，主變壓器一二次側開關無法跳脫，將擴大異常事故範圍，造成全廠50%區域停電或間接造成火警事故，對生產機台與廠務系統造成相當大的影響。

3.3.3 模鑄式變壓器鐵心耐熱漆剝落、支撐礙子斷裂及軸流風扇異常檢討

F14P12 低壓站、中壓站及發電機模鑄變壓器使用廠牌為盛英及亞力，總共143個，2022年施作70個，保養內容包含變壓器清潔、高壓電纜檢測、變壓器特性測試(激磁電流、匝比、電力因數)等。

本次保養時發現，有一台模鑄式變壓器鐵心耐熱漆剝落，另外亦發現其支撐礙子斷裂及軸流風扇異常，如圖9所示。上述缺失都以在保養期間予以修復，避免引起異常停電，影響機台與廠務系統供應品質。

3.3.4 比流器放電痕跡及端子熔毀異常檢討

F14P12高壓盤盤體廠牌為士林及亞力製傳統盤，總共66套，2022年施作33套，包含高壓100/300迴路及P1發電機並聯盤，保養內容包含盤體清潔、接觸及絕緣電阻測試、各項元件耐壓檢測。

本次檢查電盤時，發現到有兩顆比流器異常，其中一個有放電痕跡(圖10)，另一個則是端子熔毀(圖11)，上述缺失都已備品更換處理，並經電氣顧問公司測試合格。

3.3.5 隔離開關(DS) Interlock裝置異常檢討

F14P12高壓盤盤體廠牌為士林及亞力製傳統高壓盤，總共53套，2022年施作24套，保養內容包含清潔、接觸及絕緣電阻測試、各項元件耐壓檢測等。本次檢查電盤時發現到有一組隔離開關(DS) Interlock裝置異常，如圖12所示，此缺失都已檢修完成，經功能測試合格。

3.3.6 VCB銅排氧化、歪斜與投入線圈異常檢討

F14P12高壓盤斷路器為MERLIN GERIN製氣體斷路器及MITSUBISHI製真空斷路器，總共258個，2022年施作126個，保養內容包含斷路器機構清潔潤滑、靜態觸頭擦拭、接觸及絕緣電阻量測、投入及跳脫時間檢測等。

本次執行檢查保養時，發現高壓斷路器後方的銅排全數都有氧化的情形，只是嚴重度差異不同，全數126顆皆有氧化的情形產生，另外也發現有銅排歪斜，銅排有電樹的情況產生。

此類缺失異常點在開關內部，平時無法檢測出，如無法發揮功能，可能造成更大規模的停電事故及更久復線時間，這些問題僅能利用歲修停電期執行檢測與修復。

另外在測試斷路器時，也發現有一組VCB的投入線圈異常，如圖13所示，經更換新的投入線圈，並經電氣顧問公司測試合格。

4.檢討傳承

4.1 電力系統切換經驗分享

本次歲修規劃為高壓電力設備50%保養，由於F14P12成廠至今已運轉20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。(表3)

4.2 使用Teams群組發布各項即時資訊

適逢Teams軟體已在T-phone 4推出APP，本次歲修建立Teams群組發布各項即時資訊，方便現場各組人員資訊傳遞，亦可讓指揮官掌握現場進度，Teams群組，如圖14所示。

5.結論

本次為F14P12首次執行三年一輪的歲修模式，本次進行50%高壓電力系統歲修，跟以往歲修不同的是，必須要不影響工廠運轉及維持Utility供應的前提下，無感完成所有工作，要如何規劃工作及分配資源，是一個重大挑戰，且F14P12於建廠時，與鄰近之F6、F14P3互相有22.8kV電力備援迴路的設計，要如何進行電力系統切換，創造出工程師及廠商可安心工作環境，亦是無法妥協的安全問題，有幸與APM Team及電力專家共同討論，吸取各項建議後，得以順利完成為期四天的歲修。