摘要

2023 年台積公司廠務系統年度維修總結報告
Keywords / APM (Annual preventive maintenance)12,GIS (Gas Insulator Switchgear)10,MTR (Main transformer)10,GCB (Gas Circuit Breaker),VCB (Vacuum Circuit Breaker)3,ACB (Air Circuit Breaker)2,OCR (Over Current Relay)
2023 年是台積公司將廠務電力系統年度維修制度化及標準化的第二年,「APM 專案」共排定 26 個廠區執行 29 廠次的年度歲修,包含 7 個廠區執行大 APM,9 個廠區執行中 APM 與 10 個廠區執行小 APM;統計 2023 年配合電力系統年度維修,廠務各系統課累計動員了 2,539 個工程師與協力供應商 12,878 人,總共發現並改善 63 項嚴重風險與 907 項潛在風險;另外在機械 / 氣化 / 水系統處理 229 個維修與 197 項改善案件及 32 次 Tie-in,以上風險改善可以避免各廠區廠務系統異常事故,所造成供應品質失控 (OOS)、大量晶片報廢 (Wafer Scrap)、長時間復線時間 (Long Recovery)、火警災損、消防滅火系統動作,及人員傷亡等意外事故,對公司營運與聲譽造成嚴重影響。
分析 2023 年度維修發現的 63 項電力系統嚴重風險,主要缺失仍以殘存低壓盤『高風險』錫鬚 39 件,其他包括低壓盤螺絲鬆脫,造成盤體過熱、異味、警報及 ACB 開關異常與急電設備異常各佔 6 件;每件嚴重風險亦配合停電期間立即改善,以確保電力系統穩定運轉。另外 907 項潛在風險:主要缺失為 ACB 機構與零件不良、接點髒污佔 252 件及低壓盤內髒污、異物殘留、夾具損壞佔 218 件,其他高壓電氣元件 (DS,CB,LA) 不良佔 137 件及殘存低壓盤『中風險』錫鬚佔 113 件,其餘包括變壓器盤及傳統高壓盤髒污、支撐元件不良各佔 58 件與 49 件,皆已改善完成或列管處理。
同時搭配 2023 年電力年度維修,共有 16 個廠區執行廠務主系統 ( 機械 / 氣化 / 水系統 ) 停機保養、改善作業與系統 Tie-in,共計完成及解決 426 項維修保養及改善作業及 32 項主系統 /SP1 Tie-in;其中機械系統 133 項:主要排氣風管及風門因腐蝕 / 結晶改善;氣化系統 139 項:主要為元件老舊更新,管路閥件滲漏改善;水系統 136 項:主要為管路閥件漏水改善;儀控系統 50 項:主要為系統升級、雙電源改善等項目。
2023 is the second year that TSMC has institutionalized and standardized the annual maintenance of the Facility power system. Overall, 26 maintenance plans were scheduled and implemented in APM projects, including large-scale APM in 7 plant areas, mid-scale APM in 9 plant areas, and small-scale APM in 10 plant areas. 63 high risks and 907 potential risks were found and improved. In addition, 229 maintenance and 197 improvement cases and 32 tie-in were handled in the mechanical, gas and chemical, and water systems. The above improvement will avoid abnormal conditions in Facility systems. It was to prevent from the conditions of supply quality out of control (OOS), numerous wafer scraps (Wafer Scrap), the long recovery time of production lines, fire damage, mis-operation of fire extinguishing system, and personal injury, which may have a serious impact on the company's operation and reputation.
The annual maintenance in 2023 was implemented under power outages. 426 maintenance and improvements and 32 main system/SP1 Tie-in were completed and resolved in 16 plant areas (mechanical, gas and chemical, and water systems). To summary, corrosion or crystallization on exhaust ducts and dampers were improved in mechanical systems (133 items). For gas and chemical systems, old components were replaced, and leakage of pipeline valves
was improved. For water system (136 items), leakage of pipeline valves was also improved. For Instrument and control system (50 items), systems were upgraded, and dual power supply was improved.
1.前言
2023 年台積公司廠務年度歲修仍是依據經濟部 2018 年 8月 15 日新頒布生效的「用戶用電設備檢驗辦法」( 母法:電業法第 32 條第 5 項 ) 執行的第二年;有別於以往用戶電氣設備的保養法令,大多以「用電場所及專任電氣技術人員管理規則」、「勞工安全衛生組織管理及自動檢查辦法」等法令來管理,在此次新頒布的法令生效後,將有專門法規對用戶用電設備進行管理,亦提供用戶電氣設備保養周期、規範與準則。
為確保電力系統供電的可靠度與預防電氣設備事故,造成廠區工安與生產的影響,台積公司廠務組織亦因應專門法規頒佈,及考量實際保養需求,於 2021 年規劃成立「APM專案」,依據上述法規及美國國家標準學會 (ANSI/NETA MTS-2019) 電力設備和系統驗收測試規範標準、中國電力行業標準 (DL/T596-2021) 電力設備預防性試驗規程及原廠設備保養手冊,除修正「TSMC FAC Power APM Ground Rule O.I.」外,並開始規劃台積公司各廠區年度維修計畫及時程安排;回顧 2022 年「APM 專案」也順利完成第一年 pi-run 20 個廠區年度維修計畫,包含 1 個廠區執行大 APM (F12P45),1 個廠區執行中 APM (F14P5) 與 18 個廠區執行小 APM。
2.歲修計畫
2023 年為廠務 APM 制度化與標準化的第二年,成廠區歲修時程安排主要先根據 2022 年所排定 20 個廠區年度維修「模式」與「週期」依序規劃,同時再依據以下三點規則,對歲修時程進行廠區間適度調整,才排定出 26 個廠區「2023 年台積公司年度維修計畫」;其中包含 7 個廠區執行大 APM,9 個廠區執行中 APM 與 13 個廠區執行小 APM,如表1所示。

各 Node APM 依季別分散規劃,避免各 Node 產能影響,同時考慮未來新廠 APM 需求時程。
事先排定各廠 APM 行事曆,資源撫平,固定各廠每年APM 時間,各單位較好實施產銷與保養計劃。
( 大 P/ 中 P) APM 排在月初,( 小 P) APM 則微調周別。
其次,為因應廠區特性及營運彈性,可以調整成廠區歲修模式 1(1 大 P) 與模式 2(2 中 P 或 3 中 P) 互相轉換,但需經由該廠區之廠長同意及考量不影響已排定 APM 保養日期廠別後,始得變更;最後仍要遵照三年一輪歲修模式完成變電站停電保養,如未依上述原則與時程執行保養的電力設備,需營運副總簽核同意始得變更。
最後,新建廠歲修則是參考新頒布的「用戶用電設備檢驗辦法」第 16 條規定:用戶用電設備自新設現場檢驗接電起五年內應至少檢驗一次;超過五年者,每三年應至少檢驗一次。我們遵照上述法令修正既有 OI 規範(F-GEC –99–03-010,TSMC FAC POWER APM GROUNDRULE O.I.),擬定台積公司新廠於送電完成日起三年內免執行 APM,後續再納入每三年保養一輪模式管理。
3.執行成果
3.1 2023 年歲修保養項目與風險管控統計表
2023 年總計規畫執行 26 廠區,共 29 場次 ( 大 / 中 P:16,小 P:13 廠次 ) APM;統計電力、機械、氣化、水系統等廠務系統年度歲修保養,所發現風險缺失及改善狀況做進一步說明。
3.1.1 電力系統風險說明
2023 年執行電力設備保養檢測,總共發現 63 項嚴重風險與 907 項潛在風險。(2022 年保養結果為 88 項嚴重風險與 589 項潛在風險),所以我們再針對不同風險等級說明:
- 63 項嚴重風險:包含39 件殘存的南亞低壓盤『高風險』錫鬚及 6 件低壓盤過熱問題與螺絲未鎖固為主要缺失,合計低壓盤 ( 含錫鬚 ) 共 45 件;其次為 6 件 ACB 開關異常與 6 件急電設備異常,以及 2 件為保護電驛功能異常等;每件嚴重風險亦配合停電期間立即改善,以確保電力系統穩定運轉。
- 907 項潛在風險:包含 218 件為低壓盤盤體內髒污、異物殘留、夾具損壞與 113 件殘存低壓盤『中風險』錫鬚,總計低壓盤( 含錫鬚) 共 331 件;其次為 252 件 ACB 機械構造與電控操作元件零件不良、銅導體接點髒污等;其他 137 件為高壓電氣元件 (DS,CB,LA) 不良等;其餘 58 件變壓器盤及 49 件傳統高壓盤髒污、支撐元件不良等問題,皆已改善完成或列管處理,如表2與表3所示。
表2:電力系統風險統計資料
項目 瓦斯絕緣開關
(GIS)
電力主變壓器
( 油式)
瓦斯絕緣開關
(C-GIS)
高壓電氣元件
(DS,CB, PT,CT, LA,NGR)
高壓電纜
(HV cable)
配電變壓器
( 模鑄式 )
高壓盤
( 傳統盤 )
變壓器盤 低盤壓
( 含錫鬚 )
保護電驛
(Relay)
空氣斷路器
(ACB)
急電設備
( 變壓器/電纜)
Total 系統電壓 69kV/
161kV
69kV/
161kV
22.8kV/
4.16kV
22.8kV/
4.16kV
22.8kV/
4.16kV
22.8kV/
4.16kV
22.8kV/
4.16kV
22.8kV/
4.16kV
480V/
280V
All 480V/
280V
4.16kV/
11.4kV/
22.8kV
count 嚴重風險 1 0 1 1 0 0 0 1 45 2 6 6 63 潛在風險 2 2 27 137 0 12 49 58 331 23 252 14 907 表3:各廠區電力風險統計資料FAB F12A F12B F15A F15B F14A F14B F18A 6”/8”廠區 AP 廠區 大陸廠區 Total 嚴重風險 11 2 19 1 7 14 2 2 3 2 63 潛在風險 131 79 31 56 100 114 141 177 57 21 907
3.1.2 廠務機械、氣化、水系統風險說明
2023 配合電力設備停電歲修,廠務系統 ( 機械 / 氣化 / 水系統 )16 個廠區共完成及解決 426 項維修保養及改善作業及 32 項主系統 /SP1 Tie-in;包含 133 項機械系統:主要工作項目為排氣風管及風門因腐蝕 / 結晶改善;139 項氣化系統:主要是元件老舊更新,管路閥件滲漏改善;136項水系統:主要為管路閥件漏水改善等以及 50 項 FMCS系統:主要為系統升級、雙電源改善等,如表4與表5所示。
項目 | 機械 | 氣化 | 水系統 | FMCS | Total | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
廢氣處理系統 | 冰水系統 | 無塵室系統 | 天然氣 | 氣體 | 化學 | 混酸系統 | 超純水系統 | 純水系統 | 廢水系統 | 其他 ( 回收水 , 氨氮系統 , 生物處理系統 ) | |||
T/S | 63 | 7 | 6 | 3 | 24 | 36 | 7 | 30 | 15 | 8 | 17 | 13 | 229 |
CIT | 18 | 9 | 12 | 1 | 36 | 27 | 5 | 30 | 14 | 9 | 2 | 34 | 197 |
Tie in | 11 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 8 | 1 | 0 | 2 | 3 | 32 |
FAB | F12A | F12B | F15A | F15B | F14A | F14B | F18A | 6”/8”廠區 | AP 廠區 | 大陸廠區 | Total |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
機械 | 10 | 16 | 7 | 14 | 7 | 26 | 28 | 10 | 11 | 4 | 133 |
氣化 | 8 | 21 | 3 | 9 | 13 | 28 | 29 | 6 | 15 | 7 | 139 |
水系統 | 20 | 17 | 4 | 10 | 10 | 23 | 25 | 0 | 17 | 10 | 136 |
FMCS | 5 | 3 | 2 | 0 | 2 | 11 | 20 | 0 | 5 | 2 | 50 |
3.2 歲修主要異常風險分析
3.2.1 電力低壓配電盤錫鬚清除與高溫問題改善
首先分析 2023 年電力系統缺失統計共 970 件 ( 嚴重風險 63 件 + 潛在風險 907 件 ),其中低壓盤 ( 含錫鬚 ) 缺失數量總共發現 376 件 ( 嚴重風險 45 件 + 潛在風險 331 件 ),即此項缺失即占總缺失數 39% (376/ 970),如表6所示;再細分低壓盤 ( 含錫鬚 ) 缺失統計屬於錫需問題就佔 152件 ( 嚴重風險 39 件與潛在風險 113 件 )。
低壓盤 ( 含錫鬚 ) |
F12P3 + F3E |
F12 P4/5 |
F12 P6 |
F12 P7 |
AP 3 |
F15 P3/4 |
AP 5 |
F15 P5 |
F15 P7 |
F6 |
F14 P1/2 |
F14 P5 |
F14 P6 |
F14 P7 |
F18 P1 |
F18 P2 |
F10 | F16 | Total |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
嚴重風險 | 10 | 1 | 19 | 1 | 1 | 5 | 4 | 2 | 1 | 1 | 45 | ||||||||
潛在風險 | 9 | 54 | 9 | 15 | 7 | 31 | 7 | 35 | 3 | 4 | 10 | 12 | 4 | 33 | 8 | 78 | 10 | 2 | 331 |
另外,我們統計 2018~Y2023 年間,台積公司共發生 13次南亞低壓電盤電力異常事故,如表7所示;由此可見,對於南亞配電盤體質強化的改善刻不容緩;所以 2023 年廠務歲修年報最後一篇,就將『南亞配電盤清潔保養精進與體質改善』特別獨立出一篇技術專文,進行錫鬚風險分析與改善策略探討;以下先針對南亞配電盤錫鬚宿疾域與其他廠牌低壓配電盤溫度過高風險做初步說明,後續各廠區專文將會有更詳盡介紹。
項次 | 發生地點 | 出廠日期 | 故障日期 | 故障位置 | 可能原因 |
---|---|---|---|---|---|
1 | F14P5 | Feb-13 | 2018/8/21 | 上層 ACB 一次側 (F1D-226-G) | Busbar 與 ACB 螺絲鬆脫 |
2 | F12P5 | Dec-11 | 2020/11/13 | 上層 ACB 一次側 (F1B-03A-07) | R 相 PT 訊號點線與 S 相錫鬚短路 |
3 | F12P6 | Jan-12 | 2021/3/31 | 中層 ACB CT 前端 (F1F-02A-11) | 錫鬚 |
4 | F15P3 | Aug-12 | 2021/4/26 | 下層 ACB CT 前端 (F1A-516-09) | 錫鬚、夾具、異物、粉塵 |
5 | F14P5 | Feb-13 | 2022/3/27 | 上層 ACB 一次側 (FBB-227-A) | 錫鬚 |
6 | F12P5 | May-12 | 2022/4/30 | 下層 ACB 一次側 (F1F-01A-03) | 錫鬚 |
7 | F15P3 | Feb-13 | 2022/7/22 | 上層 ACB 二次側 (FBB-511-07) | 錫鬚、夾具、異物、粉塵 |
8 | F15P3 | Feb-13 | 2023/4/12 | 上層 ACB 一次側 (C3S-805-01) | 異物 |
9 | F15P3 | Feb-13 | 2023/4/26 | 上層 ACB 二次側 (FBB-611-10) | |
10 | AP3 | Jan-16 | 2023/5/26 | 上層 ACB 一次側 (SUP6L-11F-01) | 錫鬚、夾具、異物、諧波、粉塵或髒汙 |
11 | F14P5 | Feb-13 | 2023/7/19 | 中層 ACB CT 前端 (H4E-223-E) | |
12 | F14P5 | Feb-13 | 2023/8/4 | 中層 ACB CT 前端 (RS 相間 )(H40M-432-A) | 錫鬚、夾具、異物、諧波、粉塵或髒汙 |
13 | F14P5 | Feb-13 | 2023/8/25 | 上層 ACB (ST 相間 ) (H40M-333-A) | 錫鬚、夾具、異物、諧波、粉塵或髒汙 |
A . 南亞低壓配電盤錫鬚宿疾改善
2023 年擬定改善計畫共分為兩大面向,說明如下:
- 盤體保養及加裝新的內視鏡檢測孔:APM 專案團隊帶領機電顧問公司專業維護團隊,利用 APM 保養 ( 大 P或中 P) 配電盤停電 7 小時期間,將停電保養的南亞低壓盤,除盤體基本保養與檢測外,執行電盤金屬異物移除與盤內錫鬚清除,同時在間隔 2 公分處之銅排限縮區域加裝新的檢測孔。
- 內視鏡複檢及清潔手法改善:2022/Q2~2023/Q2 使用南亞原廠清理手法之配電盤,再次利用歲修時所新設檢測孔進行錫鬚複檢,發現已 APM 保養過的盤體,仍存在高風險 39 處,中風險 113 處,如圖1所示。比對原因為委託南亞原廠 ( 含訓練合格下包商 ) 的保養工具、手法、檢查方式與人員訓練不足所造成疏漏;經台積工法精進 ( 南亞方法 1.0 版→台積強化 2.0 版 ),在後續保養廠區( 包括F12P6,AP3,F14P7,F14P5),再度內視鏡覆檢結果,缺失率已大幅降低 (9.12% → 0.21%)。
圖1:配電盤內 ACB 銅排錫鬚照片
2023 年各廠南亞電盤風險改善成效說明:
- 原 2022 年列管的南亞電盤錫鬚,共計列管高風險 40處,中風險 180 處,已於 23/Q3 完成所有清理。
- 23/Q2 利用內視鏡複檢結果,仍存在高風險 39 處與中風險 113 處,經導入台積電強化 2.0 版後,經廠務部同仁努力下總共完成了 25 次錫鬚停電清理作業,所有 39處高風險已於 2024/01/09 達到清零目標 ; 目前只剩下 F12P7 15 處中風險,也將配合最近四月份中 APM 停電歲修時一起清理完畢,如表8與圖2所示。
表8:2023 南亞低壓配電盤錫鬚風險管控與改善時程
Fab 各廠施作時程控管表 高 ( 迴路 ) 完成日 (Plan) 中 ( 迴路 ) 時程 Year-M 竹科 F12P4/5 10(0) 2023/12/26 54(0) 23-Dec F12P7 1(0) 2023/10/31 15(15) 24-Apr 中科 F15P3/4 19 (0) 2024/1/9 31(0) 24-Jan 南科 F14P5 5(0) 2023/11/8 12(0) 23-Dec F14P6 4(0) 2023/10/17 1(0) 23-Nov Sum 39 ( 餘 0) 113 ( 餘 15) 圖2:南亞低壓配電盤 39 處高風險錫鬚改善時程圖
B. ABB 與SIEMENS 低壓配電盤溫度過高風險
其他廠牌低壓配電盤溫度過高風險分析案例第一件為 F15P7 執行小 APM 保養期間,ABB 低壓定型配電盤 SWG-122 主開關比流器 CT (Current Transformer) 塑膠外殼受熱熔毀;分析原因包括:(1) 主因為「始端箱」散熱設計不良造成 CT 元件 ( 耐溫 120° C) 熱破壞 (2) CT 位於主開關上方而且又與主銅排緊密靠近,散熱相對不佳 (3)再加上歲修期間低壓變電站單邊扛載時因電流較高,主開關銅排產生的熱氣無法順利排出導致比流器在較高溫度下進而發生絕緣破壞。
最後 SWG-122 在更換完比流器備品後已恢復正常雙邊供電,但後續改善短期解仍建議在單邊扛載時,卡電流上限值 (6000A*0.8=4800A) 與長期解則需要與原廠ABB 原廠合作,進行盤體散熱及設計改善以提升扛載能力,如圖3所示。
圖3:ABB 低壓配電盤內三相 CT 過熱熔毀元件照片

另外一件案例為 F16P1 執行小 APM,執行低壓變電站趕單邊扛載操作後,發現 SIEMENS 低壓盤 SWG-117 有異味發生,緊急切至 SWG-227 扛載後異味即消失;經SWG-117 開盤發現主要原因為開關二次側 R 相銅排銜接螺絲未鎖緊造成此次銅排升溫變色,之後也在更換變色銅排與螺絲重新定磅後恢復正常雙邊供電,如圖4所示。
圖4:SIEMENS 低壓配電盤內銅排螺絲鎖固不良造成過熱照片

以上兩個案例均是發生在該廠區第一次小APM 保養期間,在低壓變電站執行完不斷電單邊扛載操作後,陸續有聞到電盤內有異味產生,由此可見廠務配電盤會因負載用量增加後,盤體內溫度也會隨即上升;但是礙於這些元件均位於盤體內部,平日無法使用IR 檢測,所以單邊不斷電切換之例行切換保養,有助於發現盤體內部高溫下對元件所造成之影響,以提高供電系統可靠度。
3.2.2 電力低壓 ACB 機械構造與電控操作問題處理
2023 年度規劃執行低壓變電站停電保養共有 16 次,所以廠區屬於大 / 中 APM 下游廠務系統與生產設備均會受到電力中斷影響;除了廠務端有 1A2B 與機台端長復機有電力備援外,其他設備在歲修當日均會因低壓電盤停電保養而停止供電。統計 2023 年第二大歲修缺失數量為 ACB 低壓開關異常有 252 件,占總缺失數 27% (=258 / 970);與2022 年比較後分析原因為,僅僅有 2 個廠區執行大 / 中APM 與 2023 年 16 個廠區執行大 / 中 APM 相比,變電站內停電保養 ACB 數量大幅增加;統計 2022 年 ACB 保養缺失數為 24 件至 2023 年共有 258 件缺失,推算一個廠約有 600 顆 ACB 而且異常 ACB 平均數量約 16 顆,換算成平均缺失率為 2.6% (16 / 600) 仍屬正常範圍;以下即為 ACB 開關保養時發現的異常統計表,如表9所示。
空氣斷路器 (ACB) |
F12P3 + F3E |
F12 P1/2 |
F12 P6 |
F12 P7 |
AP 3 |
AP 5 |
F6 |
AP 2 |
F14 P1/2 |
F14 P7 |
F18 P1 |
F18 P2 |
Total |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
嚴重風險 | 1 | 2 | 3 | 6 | |||||||||
潛在風險 | 7 | 9 | 44 | 1 | 4 | 6 | 42 | 21 | 53 | 26 | 8 | 31 | 252 |
分析ACB 缺失將導致開關無法正常投入與切離時將列入嚴重風險,常見狀況有 (1) 機械構造問題: 傳動機構因異物卡死或機構潤滑油固化轉動不順,但此類缺失是可透過正常維護保養程序後即可恢復正常功能 (2) 電控操作問題: 常見儲能馬達故障或是控制線路接點鬆脫,只要更換異常電控元件或端子重新壓接後即可正常使用。另外潛在風險部份,常見為銅排或消弧室銅導體變色或是銅排氧化造成高接觸電阻等,此些只要經過表面清潔處理與塗上導電膏後均可復原來銅金屬之導電性後仍可繼續使用。綜合上述異常狀況處理下仍有無法順利恢復正常功能之ACB,將以更換整顆備品來復原。以上ACB 異常所在位置都是在開關內部,平日是無法檢測出來;必須藉由 3 年定期停電維護來潤滑傳動機構或更換電控元件以及銅導體表面清潔保養,才能確保低壓 ACB 開關之正常運作,如圖5與圖6所示。
圖5:低壓配電盤 ACB 消弧室內異物與傳動機構卡死異常照片

圖6:低壓配電盤 ACB 消弧室內異物與傳動機構卡死異常照片

以下統計分析是針對老廠區 F2 與 F5 廠 ACB 開關已使用超過 30 年,在 2021 年執行 APM 故障率為 13.4%,但經本次 2024 APM 故障率已降為 4.2%,此處驗證了三年一輪停電保養的重要性;但是老舊ACB 電控元件與機械構造
本體老化及維護零件庫存不足等問題,除了落實 APM 保養外,也是需要透過逐年編列預算來進行汰舊換新改善,才能確保電力系統穩定運轉,如圖7所示。
圖7:ACB 開關老化異常率統計與汰舊換新改善對策

3.2.3 電力保護電驛失效與故障更換
保護電驛 (Protection Relay) 失效風險就是負載無保護功能,一旦此開關下游發生電力故障時,保護電驛將無法有效連鎖 CB 開關啟斷下游故障,將造成更大規模的停電事故及復線時間,統計開關保護電驛 (Relay) 在歲修檢測時所發現的異常,如表10所示。
保護電驛 (Relay) |
F8 |
F15 P5 |
F15 P7 |
F14 P1/2 |
F14 P3/4 |
F18 P1 |
F18 P2 |
F10 | Total |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
嚴重風險 | 1 | 1 | 6 | ||||||
潛在風險 | 3 | 2 | 1 | 4 | 4 | 2 | 5 | 2 | 23 |
分析 2023 年主要高風險 Relay 異常為 (1) F14P12 執行保護電驛 FAT ( Fast Auto Tie) 功能測試時發現 Tie CB 無法正常投入,原因分析為保護電驛輸出點未 Enable 啟用導致此次測試異常 (2) 另外 F14P34 高壓 ABB REF 保護電驛測試後出現 IRF ( Internal Fault ) 故障碼,立即更換備品後恢復正常功能。另外 F8 發電機 GE SR 保護電驛測試發現該電驛電流偵測元件於電流 >15A 時其數值有失真情形發生,為避免誤跳,立即更換電流模組備品後功能測試均正常,如圖8所示。所以定期停電保護電驛檢測與搭配開關跳脫功能測試是為有效對策。其他還有電驛通訊異常,電源供應模組低電壓調整,均隨歲修一併改善完成。
圖8:開關保護電驛控制板電容器異常照片

3.2.4 電力特高壓 161kV GIS 控制板異常與滲油處理
161kV GIS 開關為台灣電力公司與 FAB 工廠電力供應之介面樞紐,萬一開關發生異常時剛好又遇到廠區內電力系統發生故障,GIS 無法啟斷隔離事故點,工廠停電區域將會擴大,而且也會造成園區內其他用電戶發生電力大壓降。統計 GIS 相關缺失,如表11所示。
瓦斯絕緣開關 (GIS) | F3 | F12P7 | F14P3/4 | Total |
---|---|---|---|---|
嚴重風險 | 1 | 1 | ||
潛在風險 | 1 | 1 | 2 |
其中 GIS 維護保養過程主要發現異常有 (1) F14P34 SIEMENS HB9 GIS 絕緣氣體 SF6 異常指示燈控制板開路故障,其風險為當真有氣體壓力不足時也無法正常告警,因為 SF6 絕緣氣體壓力不足恐將造成消弧能力變差引發斷路器失靈短路事故 (2) F3 ABB ELK-04 油壓泵浦本體潤滑油洩漏,若油壓嚴重不足後果將使 GIS 無法正常操作失去主動隔離事故點能力,導致電力異常範圍擴大並造成更嚴重事故損失;以上狀況均利用停電歲修當日順利修復完成,並排除運轉風險。GIS 瓦斯絕緣開關為達靈活操作與高安全性保護之優勢,因此內含液壓、氣壓、彈力與傳動機構等配件相當多,所以原廠建議 6 年內要完成所有機構輪流停電保養維護與連動檢測,以確保用電與操作安全,如圖9所示。
圖9:GIS 開關操作機構異常照片

3.2.5 電力主變壓器電驛漏油與檔位指示器異常更換
台電一次輸電地下線路 161kV 電力透過 GIS 導入後必須再經過主變壓器 MTR (Main Transformer) 降壓成廠務輸配電系統中所需 22.8kV 電壓等級,所以主變壓器可說是廠內變電站核心;為達高電壓與高容量 161kV/90 MVA 使用等級,採用”油浸式”變壓器,其中絕緣油除了用來進行絕緣外,同時也靠內部絕緣油的循環將變壓線圈所產生的熱量帶到散熱風扇進行溫度控制;廠區依用電規模主變壓器有區分 2~6 顆不等配置,一旦發生故障將造成全廠 25%~50% 區域停電或間接造成火警事故。
2023 年 MTR 維護保養無嚴重風險事件,一般風險發現(1) F15P12 2 號主變壓器之布氏電驛滲油處理,因布氏電驛是安裝於變壓器本體與油鼓間之連通管上,功能是要檢測出主變壓器內部故障發生時要立即進行上游 GIS 開關跳脫保護,當日已更換新品並測試功能完畢後正常上線 (2) F14P34,主變壓器OLTC 檔位指示器指針與SCADA 圖控有誤差,經更換萬項接頭後,指針已可正常運作;所以在此也驗證了定期停電維護保養是有效的對策,以確保主變壓器運轉安全,如表12與圖10。
電力主變壓器 ( 油式 ) | F15P1/2 | F14P3/4 | Total |
---|---|---|---|
潛在風險 | 1 | 1 | 2 |
圖10:主變壓器設備與機構異常照片

3.2.6 電力 C-GIS 高壓避雷器損壞與絕緣氣體洩漏管路處理
高壓瓦斯絕緣定型開關C-GIS (Cubicle type Gas Insulated Switchgear) 中包含相當多的 CB,DS,ES 等開關元件與傳動機構,參照台電保養以及原廠建議下,定義每 6 年停電潤滑 / 保養與跳脫測試,維持電力系統可靠度。分析 2023 年主要缺失部份, 如表13所示; 分析異常 (1) F14P5 歲修後出現放電訊號,分析原因為 NH-100 執行高壓電纜極低頻測試前需先將避雷器拆除,移除過程中不慎將避雷器導體接續頭拆斷導致放電訊號產生,目前先安裝 Dummy Cap,待避雷器備品到料後復原 (2) F14P7 C-GIS進行絕緣氣體 SF6 例行檢測時發現有微漏現象漏,經更換管見後恢復正常,如圖11所示。
瓦斯絕緣開關 (C-GIS) | F12P7 | F14P3/4 | F14P5 | F14P7 | F18P2 | F18P3 | Total |
---|---|---|---|---|---|---|---|
嚴重風險 | 1 | 1 | |||||
潛在風險 | 1 | 6 | 1 | 5 | 6 | 8 | 27 |
圖11:C-GIS 避雷器與機構異常照片

3.2.7 電力傳統高壓設備元件老化問題改善
2023 第三大歲修缺失數量為傳統高壓設備元件異常有 138 件,占總缺失數 14% (138/ 970);如表14所示。分析原因為相傳統高壓配電盤中包含相當多電氣元件組成 ( 瓦斯斷路器、真空斷路器、隔離開關、比壓器、比流器、避雷器與中性接地電阻等 ),此些高壓元件都必須落實 3 年停電潤滑保養與跳脫測試,才能維持電力系統可靠度。
高壓電氣元件 (DS,CB,PT,CT,LA,NGR) | F2/F5 | F8 | F12P3+F3E | F12P1/2 | F15P7 | F14P5 | F16 | Total |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
嚴重風險 | 1 | 1 | ||||||
潛在風險 | 33 | 45 | 20 | 20 | 9 | 3 | 7 | 137 |
分析 2023 高壓傳統盤主要高風險缺失為高壓斷路器案例(1) F12P12 小 APM,GCB (Gas Circuit Breaker) 執行第二天高壓電力單邊轉供,當操作 1M-NH-M 單邊扛載時,負載由 800A 上升至 1,600A,盤體發出異常聲響;以「電流注入法測試」確認異音來源為 T 相 CT,再經細部查修發現 Bushing 也存在電暈痕跡。目前已先行恢復歲修前運行狀態,待備料進行整組瓦斯斷路器汰換或是更換成VCB高壓盤架構 (2) F2/F5/F8 VCB 機械傳動架構卡死、運轉不順或是開關接觸點夾具嚴重氧化等,此開真空斷路器開關通常經過除汙清潔與潤滑保養後均可恢復正常功能。
因為上述之機構皆位於盤體內部平日是無法使用 IR 紅外線來檢測異常,但導體在高接觸阻抗之密閉空間下溫度將持續上升,恐造成絕緣破壞及相間短路事故,以上均只能利用歲修停電執行檢測與修復。如圖12與圖13所示。
圖12:F12P12 GCB 單邊扛載 T 相 CT 異音分析

圖13:高壓線圈異常與開關接點變色處理照片

3.2.8 電力傳統高壓電盤與電纜固定礙子更換及盤體異物處理
22.8kV 高壓電纜使用於廠區輸配電系統中,目前公司使用以 XLPE ( 交連聚乙烯 ) 絕緣電纜為主,其優點除了絕緣性與耐熱性佳,還有電氣特性穩定等優點;由於老舊廠固定電纜用礙子已使用 20 年以上發現少數已有劣化現象,將會利用歲修停電期間進行目視檢測,如有斷裂、破損、脫落等情況一律更換新品;因為高壓電纜本身即有絕緣層保護,所以固定礙子的損壞並不會對電力系統造成任何影響。同時也會針對高壓配電盤內外進行整理,常見為異物清除,螺絲鬆脫鎖固或螺絲變色更換,控制線端子台檢查等,如表15與圖14所示。
高壓盤 ( 傳統盤 ) | F3 | AP3 | F14P3/4 | F14P5 | Total |
---|---|---|---|---|---|
潛在風險 | 28 | 12 | 7 | 2 | 49 |
圖14:傳統高壓電盤缺失改善照片

3.2.9 電力變壓器異常與變壓器配電盤改善
降壓變壓器是把輸入端高電壓,轉換為廠務或機台端所使用較低的交流AC 電壓,一般電壓使用範圍從500V~100V,除了戶外型油浸式變壓器外變電站內則使用,除了戶外型油浸式變壓器外變電站內則使用是模鑄變壓器。而且降壓變壓器也是輸變電系統中十分重要的設備之一,其正常運行不僅關係到本身的安全、用戶的可靠供電,而且直接影響電力系統的穩定。
統計 2023 年模鑄式變壓器缺失統計,如表16所示;案例(1) F14P7 模鑄變壓器 T 相高壓端引出點模鑄表面有裂痕現象,經更換整顆備品後已恢復正常雙邊供電 (2) 其他就是盛英 Y2006~Y2019 生產模鑄變壓器 N 相銅排接觸片材料使用錯誤,在平常IR 檢測時就可發現有溫差,經停電拆解後也可清楚看到異金屬電位差所造成電蝕現象;其他缺失則為一般常見間螺絲鬆脫鎖固等,此些缺失可搭配年度維修時一併處理,如圖15所示。
配電變壓器 ( 模鑄式 ) | F8 | F12P1/2 | F12P7 | F15P5 | F14P3/4 | F14P7 | Total |
---|---|---|---|---|---|---|---|
潛在風險 | 1 | 6 | 1 | 1 | 2 | 1 | 12 |
圖15:變壓器模鑄裂痕與 N 相銅排改善照片

另外在變壓器盤體部分主要缺失仍以盤體內灰塵異物與止滑華司墊片選用錯誤或螺絲鬆脫為常見缺失,經維護改善後即可避免導體間發生閃絡短路或高溫過熱造成絕緣破壞等事故發生;其他案例還有 F2 戶外型油浸變壓器盤體油位計錶頭浸水更換,如表17與圖16所示。
變壓器盤 | F2/F5 | F3 | F8 | F12P1/2 | F15P7 | F14P1/2 | F14P3/4 | F14P5 | F14P7 | Total |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
嚴重風險 | 1 | 1 | ||||||||
潛在風險 | 3 | 10 | 5 | 6 | 5 | 1 | 4 | 8 | 16 | 58 |
圖16:變壓器配電盤異常改善照片

3.2.10 電力緊急供電系統問題改善
緊急供電系統 (Emergency system) 將於停電狀況發生時自動啟用,以便供應維生系統及廠務重要設備 ( 如:無塵室空調、排氣、純廢水、製程冷卻水、化學品供應 ) 與重要機台設備等緊急使用。萬一發生緊急電無法於電力系統異常時順利啟動,將造成廠區電力系統完全中斷,工廠停電區域將會擴大至全廠。
統計 2023 年緊急供電系統異常缺失統計,如表18所示;分析案例 (1) F14P34 發電機保護電驛 G30 電壓 / 電流控制板異常率偏高 (6/28,21.4%),而且原廠 G30 已停產,相關備品也取得不易,為了維持系統可靠與穩定,優先將異常保護電驛汰換成 F18 新廠所使用的 SEL-700G,並計畫逐年分批汰換 (2) F12P45 發電機升壓變壓器清潔保養後,啟動測試發生 T 相避雷器破裂損壞,事後經士林原廠故障分析判斷可能原因為避雷器已使用 15 年密閉效果不佳,造成濕氣入侵導致氧化鋅有部分放電線現象而損壞;所以緊急發電機升壓變壓器盤內積塵、霧化,以元件及表面破損 / 缺角等問題都可透過歲修進行維護保養,確保緊急供電系統的可靠度,如表18與圖17所示。
急電設備 ( 變壓器 / 電纜 ) | F2/F5 | F12P4/5 | F12P7 | F14P3/4 | F14P7 | Total |
---|---|---|---|---|---|---|
嚴重風險 | 6 | 6 | ||||
潛在風險 | 1 | 1 | 6 | 5 | 1 | 14 |
圖17:緊急供電系統電驛控制板故障與升變壓避雷器異常照片

3.2.11 機械系統問題改善
機械系統共執行 133 項歲修工程,其中管路 / 閥件老舊更新 54 件 (41%) 及 AAS 維修 48 件 (36%),系統體質強化之電控軟硬體改善 31 件 (23%)。風險分析為:AAS 風管及風門維修更新( 因老化/ 腐蝕/ 結晶);閥件維修更新( 因老化 / 腐蝕 / 結垢 ),如表19所示。
管路 / 閥件更換 | 洩漏 / 結晶維修 | 電控硬體改善 | 電控軟體改善 | Total | |
---|---|---|---|---|---|
AAS | 34 | 48 | 1 | 9 | 92 |
CR & Others | 20 | 0 | 1 | 20 | 41 |
後續歲修精進方向,建立風管 / 閥件維修履歷並分析高損害區特性因子;建立風管維修標準工法及作業人員技能分級管理;提升風管維護保養能力 ( 如:結晶清潔 / 管內檢查之智能機器人 ),如圖18及圖19所示。
圖18:AAS 風管風門維修 , 應建立標準工法及作業人員技能分級管理

圖19:AAS 風管結晶清潔 , 應訂立標準工法及管內檢查之智能化提升

3.2.12 氣化系統問題改善
氣化系統共執行 139 項歲修工程,以管路 / 閥件 / 元件老舊更新為主 82 件 (59%),系統體質強化之電控軟硬體改善 47 件 (34%)。風險分析為:高風險及高作動元件的維修或預防性更換、元件受特殊化學品 ( 腐蝕 / 結晶 / 靜電 ) 損壞維修,如表20所示。
管路 / 閥件更換 | 洩漏維修 | 電控硬體改善 | 電控軟體改善 | Total | |
---|---|---|---|---|---|
化學系統 | 44 | 9 | 18 | 7 | 78 |
氣體系統 | 38 | 1 | 14 | 8 | 61 |
後續歲修精進方向,建立高風險元件維修履歷以週期性維護確保運轉品質,高風險作業及安全防護標準,作業人員技能分級管理,如圖20所示。
圖20:高風險維修作業及安全防護,作業人員技能分級管理

3.2.13 水系統問題改善
水處理系統共執行 136 項歲修工程,其中管路 / 閥件 / 元件老舊更新及洩漏維修 77 件 (57%),系統體質強化之電控軟硬體改善 59 件 (43%)。風險分析為:塑材管路因支撐不足造成管路變形或破損、閥件維修更新 ( 因老化 / 腐蝕 / 結垢 )、化學桶槽洩漏維修,如表21所示。
管路 / 閥件更換 | 洩漏維修 | 電控硬體改善 | 電控軟體改善 | Total | |
---|---|---|---|---|---|
純水系統 | 19 | 14 | 5 | 30 | 68 |
廢水 & PCW | 32 | 13 | 3 | 20 | 68 |
後續歲修精進方向,塑材管路導入”水力結構計算”制定施作標準、因支撐不足造成管路變形或破損;建立閥件維修履歷及週期性維護確保品質;建立桶槽維修及檢驗的標準工法;作業人員技能分級管理,如圖21與圖22所示。
圖21:純水系統 PVDF 水平管彎曲變形,立管下垂,因支撐不足且夾具錯誤

圖22:廢水系統內襯桶槽及附屬管件維修,應建立多層複合材料工法及檢測標準

3.2.14 儀控系統問題改善
儀控系統共執行 50 項歲修工程,主要為系統升級、雙電源改善、系統擴充與程式修改等占 37 件 (74%),其次是電源供應器IR 缺失改善與控制卡異常更換等占 13 件 (26%)。
檢討歲修工程主要風險還是在雙電源架構改善與電源供應器更換時,因為 Controller 皆只剩下單電源供應;為了預防突發狀況,所以事前要有充分演練並將電源供應器備品先行燒機及擺放現場,同時在改善過程中更要通知各系統課配合待命,以預防突發狀況發生時可以馬上緊急應變,如圖23所示。
圖23:儀控工程風險管控與 2 men 確認機制

4.結論
2023 廠務APM 年報的特色是採用『廠區』方式來寫文章;各廠區年報討論內容仍以大 / 中 APM 廠『電力系統』為主,其他『廠務系統』為輔,以留下歲修寶貴的保養經驗與方法;同時本次歲修專文作者採用每廠區 ( F12A, F12B, F15A, F15B, F14A, F14B, F18A, AP 廠區 , 6 吋與 8 吋廠區 , 海外大陸廠等 ) 執行過 2023 歲修電力副理們,以作者共同合作方式撰寫出此 10 篇專文;並且收納了 APM 專案團隊維修總結報告及南亞配電盤清潔保養精進與體質改善技術專刊各一篇,內容合計有 12 篇。
歲修除了例行保養維護與點檢測試外,各廠也利用此次機會去發現運轉面的潛在問題,作為下一輪年度保養改善依據;所以 APM 專案團隊也彙整好各廠歲修期間所發掘的嚴重與潛在風險,在上面年度維修總結報告中就是利用此些電力系統架構來說明相關缺失與改善內容,相信在後續各大廠區專文中還會有更精闢的技術分析與說明。
最後仍要感謝各廠區電力主管所推薦出來 10 位資深電力副理來擔任此次 2023 廠務 APM 年報主筆工作,以及其餘 15 位歲修副理並列為年報共同作者,同時也幫忙在歲修專文編輯審稿過程中給予相當多的專業建議與指導。
廠務APM 年度維修專案再次透過APM『年報』出刊方式,呈現 2023 年台積公司年度維修成果給副總、廠 ( 處 ) 長與相關同仁參閱,以凸顯廠務在運轉風險管理上的努力與貢獻,提供給後續 APM 廠區作為歲修技能精進學習之重要參考依據。
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/NETAMTS-2019)
- 電力設備預防性試驗規程 ( 中國電力行業標準 DL/T596-2021)
- Hitachi Energy 日立能源 GIS 原廠設備保養手冊
- Siemens Energy 西門子能源 GIS 原廠設備保養手冊
- ABB CGIS 原廠設備保養手冊
- ABB ACB 原廠設備保養手冊
- Siemens CGIS 原廠設備保養手冊
- Siemens ACB 原廠設備保養手冊
- 士林 MTR 原廠設備保養手冊
- 華城 MTR 原廠設備保養手冊
- 高科技廠務,全華科技圖書股份有限公司,2017
- 各廠建廠竣工資料
留言(0)