摘要
Fab18P2年度維修報告與新建廠變電站環境管理分享
Keywords / APM (Annual preventive maintenance)2,GIS (Gas Insulator Switchgear)3,Environmental dust.
F18P2已於2022/08/29~09/01進行全廠小APM執行50%高壓電力設備保養，不影響工廠生產，本次保養共執行6項保養作業。保養設備為161kV主變壓器和GIS開關、22.8kV高壓開關、保護電驛及模鑄式變壓器。
本次保養共發現8項缺失，包含1項嚴重風險缺失為緊急電昇壓變壓器避雷器有裂痕，以及其他6項輕度風險缺失為圖面版次與圖控狀態不正確，皆已改善完成。另外，本次保養時發現在各種電氣設備上，多處都有發現灰塵累積，判斷其落塵的狀況可以推估原因與建廠時程緊湊有關係，導致在清潔方面不夠落實，由於灰塵將可能造成電氣設備動作異常或在絕緣礙子處發生閃絡，極可能造成停電事故及更久復線時間，因此未來對策應於量產前完成一次盤體清潔保養，在經過本次APM後，已將設備清潔乾淨。
檢討本次小APM看到的現象與缺失，不難想像18P2廠區在轉成廠時期的步調極快，在工程師人力物力皆與時間賽跑的情況下，許多應做好系統檢核的部分無法完整，所幸在本次APM中，能夠在人員以及系統皆安全的狀態之下讓這些缺失被發現也被解決，避開系統運轉的風險。
F18P2 performed a small-scale APM and 50% high-voltage power system maintenance without affecting the fab production. There were 6 maintenance tasks, and the maintenance scope included 161kV main transformers and GIS switchgear, 22.8kV high-voltage switchgear, and protection relays and cast-resin transformer.
8 defects were found in this maintenance. A severe risk was the crack in the lightning arrester of the emergency step-up transformer, and 6 other minor risks were incorrect graphic versions and graphic control status, all of which have been improved. In addition, during maintenance, it was found that dust accumulated on lots of electrical equipment, and it could be inferred that the reason was related to the tight construction schedule, which led to insufficient cleaning. Since dust may cause abnormalized operation of electrical equipment or flashover of voltage insulators, it is very likely to cause power outage accidents and longer recovery time. The maintenance of this time has completed the cleanness. It is recommended that new plants should complete plate cleaning and maintenance before mass production.
Overall, the APM revealed that the pace of the F18P2 was fast during the plant completion. Under the limited time, many system checks were incomplete. Fortunately, during the maintenance, these defects could be found and solved in a safe state for personnel and systems to avoid the risk of system operation.
1. 前言
F18A為台積在南科最先進的晶圓廠之一，主要產品為N5/N4等先進製程；F18P2於2019年成廠迄今將邁入第三年，建廠時期從外構到機台Move-in的時程規畫，只有短短一年左右工期，工程節奏十分緊湊。在特高壓電力架構，有別於其他廠區採用Double Bus電力架構，F18P2係採用Dual Single Bus雙匯流排、雙隔間方式，可靠度較以往採用Double Bus電力架構更高；在台電側電源進來後由六顆主變壓器(對應100~600迴路)分別供電給P2A (一號/二號主變壓器)、CUP (三號/四號主變壓器) 與P2B (五號/六號主變壓器)，且F18P1、F18P2與F18P3的緊急發電機迴路有備援的機制。
F15P3/4 & AP5規劃，選用三年一輪(2小1大)模式進行歲修規劃，本次2022年表定週期為小歲修，F15P3/4四座主變壓器架構可分做3天進行保養，並且規劃於第1天進行發電機高壓系統保養，做為正式歲修前熱身，讓人員進入歲修狀態，第2 ~ 4天進行主要設備停電保養。
2. 歲修計畫
保養項目共六項，執行50%高壓電力設備保養(如圖1)，預計12小時。本次APM提前2小時結束總共花費時間10小時，切換流程(停電)：08:00-09:00，各工項執行時間：9:00-17:00，切換流程(復電)：17:00-18:00。
圖1：系統架構與施作範圍
2.1 APM人員組織架構圖
F18P2 APM組織分成五組，值班組負責電力系統SCADA、廣播及戰報發送，並將現場狀況彙整給電力組長與總指揮，161 kV GIS組負責161kV GIS及高壓Relay保養與回報，MTR組負責MTR保養及高壓電纜極低頻檢測回報，CGIS組負責CGIS及高壓Relay保養與回報，變電站XTR組負責XTR保養與回報(圖2)。
圖2：歲修組織圖
2.2 APM Utility供應狀態表
F18P2 APM執行50%高壓電力設備保養的目標是不能影響工廠生產，廠務供應Utility狀態必須穩定正常。所以在保養前須先將本次保養範圍100/300/500迴路的下游低壓變電站，以不斷電轉供方式切換至200/400/600迴路，由最下游往上層層操作電力轉供，再將本次保養的設備斷電隔離，始能施作保養作業，而保養結束後的復電順序是由高壓側往低壓側逐步往下游送電，再操作不斷電轉供以確保下游負載不受到任何影響(圖3)。
圖3：停復電程序
2.3 APM保養維護工程總表
高壓 PM O.I.保養項目共六項，執行50%高壓電力設備保養，保養設備為161KV GIS(IN01/TIE01/100/300/500，CB*5Bay & DS*7Bay)、MTR(#1/#3/#5共3台)、HV Cable VLF (100/300/500共3迴)、22.8KV CGIS (GEN/100/300/500迴路共105Bay)、保護電驛(GIS/CGIS/Gen共126顆)、模鑄式變壓器(共58台)。 (表1)
| 項次 | 主項目 | 子項目 |
|---|---|---|
| 1 | 急電系統 CGIS、Relay及XTR保養(100/300/500) | SF6檢測、CB操作機構上油潤滑及清潔、保護電驛參數檢查/測試、 XTR絕緣電阻，外觀各部位點檢、避雷器點檢 |
| 2 | MTR保養(#1/3/5) | 外觀各部位點檢、OLTC點檢&絕緣油及濾心更換、本體絕緣油補充、 線圈阻抗試驗、保護電驛測試(87T)、二次電纜極低頻測試、避雷器點檢 |
| 3 | MTR 22.8kV Cable VLF極低頻測試(100/300/500) | 二次電纜極低頻測試 |
| 4 | CGIS保養及Relay(100/300/500) | CB操作機構點檢及上油潤滑、CB & BUS氣室SF6檢測、保護電驛動作 測試(81/27/50/51)、避雷器絕緣電阻 |
| 5 | ACB MTM XTR保養(100/300/500) | M-T-M後施作XTR盤體清潔及電力因數檢測、避雷器點檢 |
| 6 | GIS保養(IN01/TIE01/100/300/500) | CB操作機構檢測及上油潤滑、SF6檢測(含水量/SO2/瓦斯純度、壓力 及密度檢測)、Hydraulic線圈阻抗、各部件螺絲緊度檢查 |
2.4 APM人員管控表
APM四天參加人員共390人，平均每天98人(工程師20人，廠商78人)，08:00~18:00，APM時間10小時，以區域分布及設備保養數量做分組。(表2)
| 工作項目 | 工作內容 | TSMC 工程師 |
TSMC 工程師 |
TSMC 工程師 |
地點 | 施工主 包組長 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| GIS 保養(日立能源) | 氣體檢測、 | 張哲瑋 | 蔡孟霖 | - | GIS Room | 蘇秉豐 |
| MTR保養(士林) | OLTC檢點、線圈特性試驗 | 陳俊宇 | 林威廷 | 陳建銘 | MTR | 羅永華 |
| Cable 耐壓配合作業(西門子) | SA 及Line VT耐壓配合作業 | 李孟哲 | - | - | C30Q | 林維杰 |
| CGIS保養(西門子) | SF6檢測、CB操作機構上油潤滑、清潔 | 任偉豪 | 黃弘昇 (機動) | - | C30Q | 林維杰 |
| CGIS保養(西門子) | SF6檢測、CB操作機構上油潤滑、清潔 | 曾信傑 | 陳存旻 (機動) | - | F10J1 | 何嘉榮 |
| CGIS保養(西門子) | SF6檢測、CB操作機構上油潤滑、清潔 | 林冠翰 | - | - | H40L | 林奕廷 |
| 高低壓電氣設備檢測保養(恒揚) | 保護電驛參數檢查/測試 | 劉山廷 | - | - | H40L、C30Q | 王信雄 |
| 高低壓電氣設備檢測保養(恒揚) | 保護電驛參數檢查/測試 | 潘苗蓁 | - | - | F10J | 莊明斌 |
| 高低壓電氣設備檢測保養(恒揚) | RCP 測試 | 黃鼎翔 | - | - | RCP Room | 蔡青舟 |
| 高低壓電氣設備檢測保養(恒揚) | MTR VLF測試 | 陳俊宇 | 陳柏嘉 | - | MTR | 吳柏欣 |
| XTR 保養(恒揚) | XTR清潔+電氣測試 | 許祐寧 | 曾喜彥 (機動) | - | F40L、F10H | 陳信成 |
| XTR 保養(恒揚) | XTR清潔+電氣測試 | 王聖元 | - | - | F10K、F10K1 | 林育廷 |
| XTR 保養(恒揚) | XTR清潔+電氣測試 | 鍾俊民 | - | - | FB1J、F10J | 許閔傑 |
| XTR 保養(恒揚) | XTR清潔+電氣測試 | 楊桂英 | - | - | FB1G、F10G、F40J | 林展行 |
3. 執行成果
F18P2本次保養項目共6項，合計動員人力390人次，含18A其他廠區支援人力。本次切換總共1024步驟，分5組人員到現場切換，使用兩套SCADA同時監控現場狀況並核對步驟是否符合操作程序書。
3.1 APM當日工程進度管控表
F18P2 APM每日實際施作進度皆較計畫提早3小時完成，主要原因是廠商中午時段採人員分批用餐休息，加上廠商人力充足且設備保養動線規畫得宜，人員皆能從容且專注於保養工作中，提高保養時效性。(圖4)
圖4：歲修工程進度管控表
3.2 APM FAC Utility品質回線大盤表
全廠小APM執行50%高壓電力設備保養，目標為不影響工廠生產，FAC 供電Utility品質必須正常。因此操作電力轉供時是依據低壓站BUS電壓值的變動率不得超過5% (正常市電變化範圍)。(圖5)
圖5：FAC Utility電力切換品質-電壓紀錄表
3.3 APM歲修保養項目完成統計表
F18P2本次保養設備為161kV特高壓開關及主變壓器、22.8KV 高壓開關&模鑄式變壓器、保護電驛，共有8項缺失；包括有變壓器避雷器裂痕、SCADA圖控錯誤、指示燈不亮、竣工圖面不符及XTR鐵芯接地線劣化及變電站盤體內部灰塵，影響供電安全，目前皆已改善完畢。(表3)
| 項目 | 系統 | 設備 總數量 |
APM 數量 | Finding | 缺失率 | 缺失 | 缺失原因與改善方式 | 預防措施 | 改善狀態 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | CGIS | 279 | 95 | 1 | 1.1% | LV SWG CB 狀態比對異常 |
SCADA圖控缺漏，已修正圖控。 | 系統驗收確認項目需納入圖控點位 測試狀況。 | Close |
| 2 | GIS | 24 | 12 | 2 | 16.7% | 87 Relay狀態未正確顯示 在SCADA圖控 |
SCADA圖控缺漏，已修正圖控。 | 系統驗收確認項目需納入圖控點位 測試狀況。 | Close |
| 3 | GIS | RCP盤面指示燈不亮 | 指示燈接觸不良，已改善。 | 接觸不良已改善，可評估廠內放置備品。 | Close | ||||
| 4 | Relay | 431 | 95 | 2 | 2.1% | NH-30D Relay key孔故障 |
備品更換後，問題消失，與西門子 洽談更換Relay。 德國原廠回覆無異常， 西門子入廠測試 interlocking key 無異常。 |
無，已複製試驗並澄清為當下人員操作手法的問題。 | Close |
| 5 | Relay | NH-SC Relay CT 接點與圖面不符 |
Relay CT線接點 修改後，正確竣工圖面 未更新至現場，已更新。 | 系統改善列入 MOC管控，並將竣工資料更新狀況列入追蹤。 | Close | ||||
| 6 | XTR | 112 | 58 | 3 | 5.2% | XTR 內部線圈 灰塵累積 |
建廠時程緊湊，送電前6S無法落實。 | 停電進行XTR 盤內細部清潔。 | Close |
| 7 | XTR | EH XTR LA 避雷器裂 |
判斷非電弧所傷，可能原因為瑕疵品 或是安裝時碰撞導致裂痕， 已更換避雷器新品。 |
系統驗收確認項目需納入避雷器外觀及功能檢查。 | Close | ||||
| 8 | XTR | LV XTR 鐵芯接地線劣化 |
鐵心長期高溫烘烤導致，已更換接地線。 | 目前設計接地線耐溫規格為150℃。 | Close |
3.3.1 CGIS 開關狀態與圖控比對異常
CGIS盤體內部發現有許多灰塵已於保養時清潔，操作CGIS開關時發現有GIS開關狀態及設定與SCADA圖控比對有錯誤(圖6)，已將錯誤的圖控修正完成，檢討缺失原因和建廠時程快速有關係，才會在竣工驗收6S方面不落實。
圖6：圖控比對異常
3.3.2 GIS現場指示燈異常、Relay狀態與圖控不符
透過檢測取得每一組GIS CB、DS與BUS氣室內的SF6氣體含水量、純度、壓力、露點、SO2等數據與建廠竣工時的數據相比較無異常現象。操作GIS開關時發現RCP盤面狀態指示燈共5顆不亮(圖7)，確認為燈泡接觸不良，另有發現87 Relay狀態沒有顯示在SCADA圖控(圖8)，2項缺失皆已改善完成。
圖7：現場指示燈異常
圖8：圖控缺87 relay狀態
3.3.3 C-GIS電容盤接點與圖面相反
在操作過程中發現Relay 手自動時有錯誤燈號(圖9)，後續已澄清為鑰匙鈕未轉至定位導致，Relay本體無異常；也在保養過程中發現NH-SC Relay CT接線與圖面不符(112/113接點與圖面相反)(圖10)，後續已澄清現場皆線正確，已修改竣工圖面。
圖9：Relay故障燈號
圖10：112/113接點與圖面相反
3.3.4 避雷器裂開與鐵芯接地線劣化
模鑄式變壓器盤體內部發現有許多灰塵已於保養時清潔，銅排螺絲皆已 確認依螺絲磅數鎖緊及畫線，變壓器線圈電力因數量測符合標準<1.5%，軸流風扇積塵處已清潔乾淨，保養後以內視鏡檢查線圈皆無殘留異物，確保送電安全。(圖11)在發電機系統的升壓變壓器中有發現到一處避雷器出現裂痕，判斷損傷情形非電弧所傷，推測原因為建廠時已受損，可能原因為瑕疵品或是安裝時碰撞導致裂痕，已更換完成(圖12)。另有發現變壓器鐵芯接地線有變色劣化的情況，推估原因為接地線長期在鐵心高溫烘烤導致，目前使用PVC接地線規格為耐熱105℃，已更換接地線。(圖13)
圖11：線圈保養前後
圖12：升壓變壓器的避雷器發現裂痕
圖13：變壓器鐵芯接地線變色劣化
3.3.5 變電站電氣設備內部積塵異常
F18P2因建廠且時間急促，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，如圖14及圖15所示。
圖14：新建廠電盤積塵照片
圖15：新建廠電盤積塵照片
4. 檢討傳承
4.1 PVD機台 FDC High Alarm檢討
F18P2於8/30(第一天上午)進行電力轉供時，為了不讓電壓太低影響機台而手動調高OLTC檔位，卻造成PVD tools BUECN1/BSECN2 tool FFU轉速過高，FDC alarm導致tool run完此批貨需停機檢查，當天下午的復電操作調整為先將高壓側並聯，確保低壓轉供過程皆為同一電源群組，降低電壓波動率(上午 480+/-12V →下午 480+/-6V)(圖16)。
圖16：APM案例分享-不斷電轉供時電壓趨勢圖
從本次受影響BSECN2 FFU轉速狀況來看，機台設定1700RPM為警報值，我們發現當電壓490V時對應機台FFU轉速為1680 RPM，當上午最大電壓492V時，機台FFU轉速即大於1700RPM觸發機台警報，再對照下午保養後電力切換，電壓最大為486V，機台FFU轉速為1620RPM，機台正常無觸發告警。(圖17)
圖17：APM案例分享-機台FFU轉速趨勢圖
4.2 高壓線固定標準工法
發電機升壓變壓器二次側高壓線沒有使用電纜固定架，查閱新工處原先發包規並無特別說明此處的工法，為避免因為發電機啟動時電流經過電纜線造成電纜線的震動，時間一久，束線帶會有異常導致無法維持固定的功能造成，建議建立標準工法(圖18)。
圖18：升壓變壓器高壓側無電纜固定座
5. 結論
依據FAC Power APM Ground Rule，F18P2首次執行三年一輪歲修模式，已順利完成50%高壓設備停電保養，也將中度風險異常順利改善完成。感謝F14/F18廠區同仁在切換或保養上強力支援，讓此次APM順利完成。
本次在八月開始密集的準備工作中，從規劃行程及制定保養範疇開始，一路到細部流程與保養作業標準，也對同仁舉辦教育訓練與行前會議，終於能讓APM順利進行。因同仁們戰戰兢兢地完成每一步驟的電力切換操作以及與廠商共同遵照保養程序，讓本次APM沒有影響工廠生產或是發生ESH異常。
參考文獻
- F-GEC-99-03-010, TSMC FAC POWER APM GROUND RULE O.I., 2022
- 用戶用電設備檢驗辦法(台灣電業法第32條第5項)
- 電力設備和系統驗收測試規範標準(美國國家標準學會-ANSI/NETA MTS-2019)
- 電力設備預防性試驗規程 (中國電力行業標準DL/T596-2021)
- ABB GIS原廠設備保養手冊
- 西門子CGIS原廠設備保養手冊
- 士林MTR原廠設備保養手冊
- F18P2 竣工資料，2020
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