Fab6年度維修報告與 VCB 開關異常處理分享

1. 前言

F6建廠於1998年，送電至今已運轉24年，至今共執行10次保養，範圍涵蓋全廠高低壓/變電站/保護元件等設備。

F6為台積公司在南科第一座八吋晶圓廠，廠內電力系統為Single Bus bar。F6與F14A廠區有跨廠電力備援。廠內電力架構多為傳統盤，維修空間與絕緣間距均優於十二吋廠的裝甲定型盤，廠內機台不斷電電源為一台機台對一台UPS。

2. 歲修計畫

F6P1/P2 Y2022 小APM，電力設備部分共14 件工程，其中13 項保養工程及1 項系統改善工程。主要工作內容為執行50% 高壓電力設備保養，全程預計12 小時。本次APM 準時結束總共花費時間12 小時，切換流程(停電)：06:00-08:00，各工項執行時間：08:00-15:30，切換流程(復電)：16:00-18:00。總計執行2164 個動作，如圖1所示。

2.1 APM人員組織架構圖

F6各課APM人員組織如圖2所示，由各課副理擔任課上指揮角色，其中氣化課副理擔任本次應變官，負責協調聯絡相關緊急應變事宜；儀控課負責整個APM戰報彙整及發送，提供線上Utility供應最新狀態及APM工程進度；孟堯經理擔任ERC聯絡官，定點於ERC room統整APM戰情並擔任ERC聯絡窗口。電力課APM組織圖，如圖3所示，共分成大四組別，值班組負責SCADA/廣播/戰報，並將現場狀況彙整給電力組長與總指揮；HV CUP組負責CUP區的保養與回報；HV FAB組負責FAB區的保養與回報；HV F6P2組負責F6P2相關保養與回報。現場分組再細分成9小組別負責現場各變電站的保養前確認及保養後QC與工程進度回報。

本次APM支援人力共16人，協助引導廠商、現場工作確認及送電前QC，其中AP2C支援人力熟悉廠內電力架構另安排協助F6P1/P2電力切換及復電。

2.2 APM Utility供應狀態表

2022/5/10(二)為 P1/P2小型APM，時間06:00~18:00，共12hrs，期間工廠正常生產、廠務系統Keep Baseline。 電力部分，小型APM期間F6P1/P2電力系統將切換至單邊供電，進行50%高壓電力設備保養，廠務系統與生產相關機台用電不受影響，其餘Utility也正常供應如圖4所示。

2.3 APM保養維護總表

電力課本次APM於P1/P2共14件工程，其中13項保養工程及1項系統改善工程如(圖5及圖6)，執行50%高壓電力設備保養，保養設備為161kV GIS、主變壓器、22.8kV高壓盤&VCB(含一項絕緣礙子更換)、 F6P2 CGIS、保護電驛、模鑄式變壓器，依據施工前中後檢點表執行施工前驗電/掛接地/PM/封盤前QC/確認接地移除/系統恢復。

本次APM另有1項異常維修工項，安排將部分放電檢測異常項目(絕緣礙子外部放電，低風險)進行改善，而其餘絕緣礙子亦安排在本次高壓盤體清潔中，進行礙子清潔降低外部放電干擾，如圖7所示。

2.4 APM人員管控表

APM參加人員共297人(工程師共53人，廠商244人)，06:00~18:00，APM時間12小時，F6總工程項目共17項，預計於15:00完成作業。(表1)

本次APM支援電力課人力共16名，AP2C：5名；F18：6名；F14：5名，其中AP2C熟悉F6P1/P2電力架構，另安排協助停復電的電力切換作業。 APM宣導期間安排1次行前會議及2次現場實地說明，行前會議主要說明APM人員組織分配及各分組工作內容，如表2所示；再表列說明支援人力及廠商的重點時間注意事項，如圖1所示。

2次現地解說由電力課何旺璉及黃敏瑞高壓負責人帶領支援人力現場走訪熟悉場地及變電站位置，說明工項內容、注意事項及物料放置位置。

3. 執行成果

3.1 APM當日進度管控表

本次APM共執行14項PM及1項改善作業，因高壓盤施作人員分組比原本計畫時多一組人力執行，所以進度比原本預期快，保養與工程皆順利完成(圖8)。

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，不影響工廠生產，FAC Utility品質皆正常，如圖9所示。

3.3 APM歲修保養項目完成統計表

F6高壓系統依APM團隊規範保養，共保養257項電氣設備，共發現5項缺失，包括：GIS三相閉合時間不同步、主變壓器閥件滲油、主變壓器高壓電纜異常、VCB機構潤滑卡住線圈過熱異常及Relay電源模組異常處理，如表4所示。

上述缺失分析，GIS發現到開關三相閉合不同步與主變壓器滲油處兩處，若無改善則會產生全廠電力一半機台停電，須四小時的復電時間，此缺失保養同時同步改善完成。 主變壓器高壓電纜有兩條電纜線異常，此異常會造成全廠半邊停電，需要三天以上時間才可能完成系統復原，異常電纜於歲修當天完成更換。

VCB開關保養發現其中兩個VCB機構異常與保護電驛電源模組檢測時發現電源模組異常，為避免下游短路會造成保護動作無法被執行而使影響範圍擴大，原本影響三十台左右的機台擴大到三百台左右(影響機台數量擴大十倍)，系統復原時間從原本的半天增加到一星期，這些異常都在保養同時作完改善。

另外在執行模鑄式變壓器清潔保養時也發現到高壓電纜線絕緣包覆脫落，為了不讓電纜線絕緣異常使下游三十台左右的機台受不預期斷電的風險，重新包覆絕緣膠帶。

3.3.1 GIS三相閉合時間不同步及輔助繼電器更換

根據2017 APM L/L及主變壓器#2更換後的復電操作，都有發生因GIS內部控制Relay異常而導致DS或CB無法控制，後續避免因控制輔助繼電器異常而導致CB、DS開關投入/開啟功能異常，建議只要GIS有停電，就安排Relay全檢，並補足Relay備品，以縮短緊急應變時間，如圖10所示。

3.3.2 主變壓器閥件滲油處理

本次主變壓器保養，發現有兩處滲油，一處在散熱氣油管上方閥件，另一處在氣體收集器考克；已在保養過程中重新鎖固，確保供電安全，如圖11所示。

3.3.3 主變壓器高壓電纜異常處理

VLF耐壓量測，在IEEE 400.2 2013建議加壓時間為30~60分鐘。只可量測電纜是否能夠使用，其有效測量長度30 M (100 ft) 到 > 3 kM (> 10000 ft)。但無法量測單條電纜損失、水樹、電纜局部絕緣的好壞；需進一步透過 Tan Delta 量測，因此本次歲修採取 VLF-Tan Delta 量測主因。

VLF-Tan Delta 量測每條電纜量測時間約10分鐘(系統電壓13.2kV為U0，分別以0.5U0 / U0 / 1.5U0 [6.6kV/13.2kV/19.8kV] )，每個電壓等級量測10 點，每點10秒。每條量測30點 Tan Delta 做計算；共計三相15條作 VLF-Tan Delta 量測，需使用180分鐘取得電纜老化數據。

第一次於APM導入電纜的 VLF 檢測，期間發現其中兩條電纜檢測結果為〝須注意〞，考量日後運轉風險，當下即決策以備用線路更換，當日完成後加測結果正常，解除半廠電風險，檢測結果如表5所示。

後續針對異常電纜S4/T4做故障分析，分成三個階段：首先從外觀發現處理頭外套管部分皆有水痕(放電損傷)，第二階段為電性檢測，用來層別異常位置是在電纜頭還是電纜中段：將主變側電纜頭剪掉，重新進行電纜頭製做(模擬電纜頭分段剝皮以分散電應力)，待完成後進行 VLF 測試是正常的，故依此判定此次異常為電纜頭劣化導致(圖12)。最後對電纜頭做解剖分析：有發現S4軟銅帶鋁箔膠帶處出現銅綠、T4外套管與XLPE黏合不良，故擬將此 VLF 檢測異常歸類為施工不良(圖13) ，並進一步研議電纜頭施工之品管方案。

3.3.4 VCB機構潤滑卡住線圈過熱異常

本次APM安排22顆VCB保養，其中發現兩顆異常況狀，皆為機構潤滑不足而卡住導致開關動作行程不完全，導致CB無法完全脫離，進而引發跳脫線圈持續激磁過熱的問題(圖14)。 擬與原廠技師討論研議適用於本廠VCB安裝環境與APM週期之潤滑油廠型，解決VCB潤滑改善卡住的問題。

檢討本廠於1998 年建廠迄今，即將屆滿30 年，考慮 VCB 已逐漸趨近進入關鍵性的30 年老化期，而廠內目前所使用的 Toshiba VCB 已經停產，相關備品、也不再生產提供附件；因此執行VCB 大修延壽計畫有所困難，擬規劃採購CGIS 中壓開關設備取代VCB 設備，提升中壓開關設備的考靠度性能。

3.3.5 Relay電源模組異常處理

針對ABB SPACOM Series Relay安排於APM期間進行模組輸出電壓的量測，確認量測值結果於原廠所提供的電壓準位合理範圍內(圖15), 藉此判斷電路板的電解電容器之使用壽命是否提早接近其期限，將輸出準位異常之電源模組，立即於APM進行更換。 檢測結果，如圖16所示。

4. 檢討傳承

4.1 APM創新手法– TEAMS會議電話方式

F6 APM切換全程採用TEAMS會議電話方式聯絡，如圖17所示，中控室SCADA人員指揮統一現場切換人員，確保每個執行動作正確，上下游人員都能及時掌握現場狀態，避免誤操作風險。

5. 結論

依據FAC Power APM Ground Rule，F6首次執行三年一輪歲修模式，本次APM如期結束，順利完成25%高壓設備停電保養以及異常改善。

比照以往的歲修模式，這次加入APM team共同檢討，提點很多注意事項及提供看法、經驗傳承，讓這次APM內容更加縝密，也使得現場工作人員、支援人力更能了解及掌握APM內容。 由於3月底剛完成MTR#2汰換，緊接著只有1個月時間要完成APM準備，雖然這次準備有點倉促，不過在APM team及支援人力大力協助下，最終順利的完成本次APM。

透過這次所導入的電纜VLF檢測項目，雖可有效檢出異常項目，不過是否可當機立斷去改善，還是得回歸當下人機料法是否都準備妥當再決定，所以往後進行此項檢測項目，應該先備齊完善的應變計劃再進行，像是否多備纜線或預留纜線、廠商人力是否充足、時間掌握等等都需要考量。 這次F6 APM順利進行此項作業，進而解除造成半廠停電的風險。 另外也要從APM這種降低廠內停電風險想法出發，探討F6 Single Bus GIS改Double Bus GIS的機會，避免因Bus相關元件異常，可能導致全廠停電風險。

最後，感謝APM Team及支援同仁不辭辛勞在電力切換及電纜改善上強力支援，讓APM可以準時於18:00完成，及後續的電纜改善可以順利復電，讓這些過程都能無誤地配合執行。