Fab16P1年度維修報告與GIS開關異常處理分享

1.前言

F16為台積落戶南京的第一個廠區，生產製程涵蓋N12、N16、N22、N28。F16P1A於2017年成廠迄今已5年，2023年並計畫南京的現有工廠設置新生產線(1B廠)，預計2023年完成量產，其增產的晶片是製程為28奈米的產品，計劃2022年下半年開始小批量生產，預計月產量能夠達到4萬片，此次增產的28奈米產品卻是全球最為短缺的半導體之一。

因大陸法規要求，F16建制有單獨建築物高壓主站。高壓主站設置有220kV GIS，四顆220/20kV MTR及對應20kV CGIS，在FAB, CUP, HPM設置20kV 高壓站負責分配供電。廠區設備使用成套西門子設備（GIS/ MTR/ CGIS/ Relay/ CRTR/ LVSWG），此為較其它300mm廠區供電系統不同之處。

2. 歲修計畫

F16P1A於2017年建置完成，執行APM模式：三年一輪歲修模式，規劃廠區所有變電站停電保養；Y2022/Y2024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；Y2023進行P1A低壓變電站停電保養 (中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。規劃於第1天進行發電機高壓系統保養，第2 ~ 4天進行主要設備停電保養。

2.1 APM歲修範圍

F16P1 本次電力切換及保養規劃於3個工作日完成，特高壓系統集中於前2天執行(11/08~1/09)，中&低壓系統則於第3天執行(11/10)，如圖1所示。

圖1：F16P1 歲修範圍 11/08~11/10

2.2 APM作業項目

本次F16P1 APM保養項目共8工項，執行25%高壓電力設備保養，保養設備為220kV GIS、主變壓器、20kV CGIS、保護電驛、模鑄式變壓器等，如表1所示。

2.3 APM作業時程

按照APM規範，以第一天為例，電力系統停電時間08:30~09:10 (40min)，歲修保養時間09:10~19:30 (10Hrs)，電力系統復歸時間19:30~20:20 (1Hr)，每日切換及保養時間控制在12小時內完成，如圖2所示，為掌握工程進度，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，如圖3所示，以確保工程進度符合預期。

圖2：F16P1 歲修時程表

圖3：F16P1 歲修實際時程表 (以Day 1為例)

2.4 APM人員組織安排

保養組織規劃表，如圖4所示，透過廠區變電站地圖，如圖5所示，及電力系統單線圖劃分，如圖6所示，讓工程師確實了解負責區域，提供各變電站工項的工程進度甘特圖，如圖7所示。確保當區工程師明確了解執行PM項目與時間，有效做到PM時間控管並控管施工人員，避免MO風險控管。

圖4：APM期間保養組織圖

圖5：F16P1 歲修實際時程表

圖6：APM期間電力系統單線圖劃分 (Day 3為例)

圖7：APM期間工程進度甘特圖 (Day 3為例)

2.5 APM人員管控表

APM三天參加人員總計115人(工程師共19人，廠商96人)，三天工作人員編組可參照施工人員編組表，如表2所示。

2.6 APM安全宣導

F16P1 APM為確保人員清楚施作範圍，瞭解施作流程，能夠執行回報機制。每日施工前進行工具箱點名、宣導，確認施工人員及監工各司其職，如圖8所示。

圖8：APM工具箱會議重點宣導

3. 執行成果

3.1 APM工程進度管控表

F16 於第一天11/08日保養範圍為急電系統涵蓋發電機升壓變壓器、發電機高壓側C-GIS，發電機Relay (Sel700G)，當日完成時間較計劃提前1小時完成，如圖9所示。

圖9：F16P1 11/08歲修工程進度管控圖

3.2 APM FAC Utility品質回線狀況

小APM執行25%高壓電力設備保養，不影響工廠生產，Utility供應狀態正常。為應對電力切換造成之電壓波動，通過SCADA即時監控電壓變化，並進行OLTC適應性調整，如圖10所示保養期間供電電壓不受影響。

圖10：歲修期間低壓電站電壓 trend chart

3.3 APM歲修保養項目完成統計表

本次歲修共發現5項Finding，包括MTR#1 遠端多接點開關端子觸點異常、CGIS CB 計數器卡扣異常脫落、模鑄式變壓器夾件黑色膠滴擦拭、急電模鑄式變壓器絕緣礙子破損，歲修保養完成統計表與異常說明，如表3所示。

3.3.1 急電模鑄式變壓器支持礙子缺角異常檢討

總計本次保養16P1 16台發電機升壓變壓器佔廠區總數50%（剩餘為Y2022完成建制），測試依照規範進行相關檢測時，在外觀檢測時發現一顆絕緣礙子有破損，如圖11，當日即完成汰換，更換后測試數據正常，如表4所示。

圖11：變壓器礙子外觀破損

3.3.2 CGIS高壓盤CB動作記數器彈簧脫落異常檢討

本次保養49顆C-GIS佔廠區總數30%，測試依照規範進行，測試項目包含分合閘動作測試、儲能功能測試、SF6氣體檢測、操作機構檢查、連鎖檢查、分合閘綫圈測試、動作時間測試均通過。在外觀檢測時發現一顆計數器卡扣掉落，無法執行計數，已完成更換，如圖12所示。

圖12：C-GIS計數器卡扣脫落，無法計數

3.3.3 模鑄式變壓器聚氨酯(PU)粘合劑膠滴清除

本次保養34台模鑄式變壓器，此次項目包含本體清潔、二次回路檢查、變比測試、絕緣電阻測試、勵磁特性測試、介損實驗、定磅畫綫。本次本體清潔項目執行發現部分CRTR上夾件有黑色膠滴，如圖13，使用工業酒精進行清除。該變壓器測試數據均符合範圍，未見離群。當下反饋西門子進行物質分析，確認材料為聚氨酯(PU)；來源為夾件施工時，安裝工藝中使用粘合劑，如圖14所示，絕緣性強，無使用期間異常風險。聚氨酯分子鏈具有一定的親水性，可采用工業酒精有效清除，後續APM中會進行持續清潔。

圖13：變壓器夾具黑色膠滴(聚氨酯(PU))

圖14：變壓器夾具安裝中使用粘合劑黑色膠滴(聚氨酯(PU))

3.3.4 MTR OLTC液位浮球作動異常檢討

F16 於2020年12月30日曾發生2號主變壓器因液位浮球卡住，注油未達標準刻度，當遇氣溫驟降布氏電驛動作跳脫。本次保養在OLTC抽油步驟特別關注油位變化，經測試抽油速率較快，浮球可能出現卡住現象，可使用橡膠錘進行敲擊進行復歸，如圖15所示。在後續APM保養及電器預防性試驗時特別標注緩慢放油，預防浮球卡住。

圖15：OLTC油槽浮球敲擊復歸

3.3.5 SCADA圖控系統點對點資料錯誤檢討

本次APM中還有部分SCADA圖控設置缺失，LVSWG Relay SCADA顯示電流遠低於現場實際電流，值班台無法準確判斷現場狀況。對系統設置進行核查，為PAS軟件內未完成對應變比設定，如圖16所示。

圖16：PAS軟體設定介面

3.3.6 低壓濾波電容異常跳脫檢討

本次執行低壓列盤11B+21B不斷電轉供因轉供後電壓較低，投入兩段濾波電容，30分鐘後電容跳脫。經核查圖紙及設定值，確認為過電流跳脫，電容器分段設定為110A，220A，220A，220A，如圖17所示。調閲Chart記錄，一二段電容投入後，電流值均超過熱繼電器額定設計值，如圖18所示。經檢討，將在低壓列盤不斷電轉供前進行雙邊電容投入，並觀察是否有過載現象，適當投入電容器。

圖17：電容器圖分段設定電路圖

圖18：電流值均超過熱繼電器額定設計值跳脫

4. 檢討傳承

4.1 161kV GIS 開關遠方控制旋鈕異常查修分享

F16 GIS 為西門子三相分管的電力系統，透過控制接點 GIS Remote/Local 旋鈕，開關投入時，R/S/T 三相輔助觸點接觸會同時投入。F16設置有兩種GIS開關操作模式，一、即遠端通過高壓主站值班室內SCADA進行GIS開關的操作，如圖19所示；二、就由設置於GIS房間內現地匯控櫃的控制旋鈕進行操作，如圖20所示。兩種操作方式通過GIS現地匯控櫃的遠方就地旋鈕進行調整，如圖21所示。

圖19：高壓主站SCADA畫面(遠程投切系統)

圖20：GIS現地匯控櫃位置(現場投切系統)

圖21：遠方/現地旋鈕進行開關投切調整

11/09進行系統復歸時，MTR遠控送電時發生避雷器間隙放電，當下停止復歸進行檢查。值班台SCADA記錄未見C相投入，如圖22所示。現場檢查見強制三相跳閘指示燈亮起，現場開關控制狀態為遠控，CB動作計數器C相數字較AB相少1，如圖23所示。

圖22：警報記錄 (C相未投入，僅A/B相投入後斷開)

圖23：現場指示燈及開關控制狀態

研判為C相未執行投入成功，致勵磁電流三相不平衡，複核圖紙確認為三相不平衡勵磁電流經變壓器一次側中性點至避雷器間隙釋放，如圖24所示。

圖24：間隙放電電流路徑

因現場AB相均執行成功，排除控制器異常可能，檢查執行投入綫路輔助觸點。依照圖紙對應C相控制模式選擇端子結點為13、14、15、16，如圖25所示，檢查後確認C相導通功能異常，AB相導通良好。更換備用端子，經過通斷測試後，完成系統復歸。11/09暫停執行MTR復送電，F16與APM Team 歐人華經理、張清淦經理、黃政道經理、陳志堅經理、吉興電力顧問陳技師及上海西門子、濟南西門子多方研判MTR本體應無影響。由於跳脫信號來源於強制三相跳閘，本體保護未啓動且無故障波形或記錄，加之AB相電壓向量和為單相130kV，未超過額定電壓故有此判斷，且油檢報告亦佐證此判斷。11/10油檢結果符合TSMC及國家電網標準，如圖26所示，OLTC油品檢驗報告報告，如圖27所示，當日完成MTR復歸。經檢討，原測試方式僅含就地投切測試，應增加遠方模式投切測試，保障無此類事件再發可能。

圖25：遠程/就地開關旋鈕控制電路圖

圖26：主變壓器油品檢驗報告一

圖27：OLTC油品檢驗報告二

4.2 4G & Wi-Fi遠程通訊保養經驗傳承與分享

因F16位於大陸及防疫政策因素，無法與APM team進行現場交流，全程採用4G& Wi-Fi網絡與APM team進行現場直播（圖28），架起有效溝通橋梁，達到有效交流的目的。本次遠程通訊方式對日後海外廠區APM提供一種可行的新思路。

圖28：4G & Wi-Fi 遠程直播

5. 結論

依據FAC Power APM Ground Rule，F16P1首次執行三年一輪歲修模式，預計三天，順利完成25%高壓設備停電保養，也將異常順利改善完成。

本次APM由2022/7月開始規劃，歷經四個月，從工項規劃、PRPO開立、人機料法環Review、全場切換規劃與跑位、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 APM Team & F10同仁在切換與保養工項上強力支援，讓此次APM順利完成，畫下完美的句點。