Fab 15B 年度維修報告與機械主風管負壓艙經驗分享

1.前言

一個具有高度韌性的電力系統，能夠在面對各種挑戰時，快速地恢復正常運作狀態。電力韌性三角形建立在預防、應變和恢復三種能力的基礎下。預防能力是指在事故發生前，透過加強設備維護、優化系統運行等方式，減少事故發生的概率。應變能力是指在事故發生時，能夠及時發現並快速反應，減小事故影響的範圍和程度。恢復能力是指在事故發生後，能夠迅速恢復系統運行，使系統能夠盡快回到正常狀態。

電力系統韌性與維護保養之間的關係；以下是一些相關文獻討論：

1. " Methods for Analysis and Quantification of Power System Resilience "：本文提出電力系統韌性評估模型，該模型供份為四個階段，將維護保養納入了第一階段，藉由維護保養的手法 : 更換、加強、提升可靠度等，提高系統韌性。
2. " Operational Resilience of Hospital Power Systems in the Digital Age "：本文針對醫院電力系統的韌性進從設計

開始到永續營運整個生命週期提出了建議 ; 醫院具有業務服務連續且不可中斷之特性，與高科技廠房運轉特性類似，除從系統設計面有 N+1 的概念等，在發生事故前須落實維護保養檢查系統，確保事故發生時可以正常應變、操作，迅速隔離故障，並持續提供服務。

由上述文獻我們可知，維護保養需要投入大量的人力、物力和財力，並且需要長期堅持，是一個持續不斷並且循環的過程。

F15B 為中科第二座 Giga Fab，製程為 N10/7/6，共有三個 Phase，包括 P5、P6、P7( 依建廠順序排列 )，開廠時間為 2016 年，基地總面積為 328,700 平方公尺，無塵室面積為 180,310 平方公尺，用電量為 382.6MW。

2023 年 3 月，完成 F15P5 第一次生產機台停電保養 ( 稱大 P)。F15P5 為目前台積單一 Phase 用電量最大 Fab，本次大 P 執行前即被 APM 專案團隊賦予厚望，期望能作為後續廠區的標竿範本。F15P7 在工廠持續生產狀況下，於九月執行 25% 高壓電力設備保養 ( 稱小 P)。

2.歲修計畫

F15B 於 2023 年規劃一大 P 與一小 P，分別是 P5 執行機台停電歲修保養 ( 工廠停止生產 )、P7 執行 25% 高壓電力系統保養 ( 工廠持續生產 )，如表1所示。

Critical Path Method 是專案管理的方法之一，透過建立工作分解結構（Work Breakdown Structure, WBS）和網路圖，可以確定每個任務的開始時間、完成時間和關聯性。確定哪些任務是關鍵任務，並計算出專案的總工期和浮動時間。這有助於我們做出更好的決策，以確保 APM 能夠按時完成，並減少風險和不確定性。

本次F15P5 共 35 套低壓列盤進行停電保養，如圖1所示，APM 期間供應全廠機台 U 電 30%(547 台 ) 維持 idle 停止生產，其餘機台停電停機，並維持無塵室環境 in spec.。整體排程規劃參考時序圖，如圖2所示；規劃當天 5:00 前將 CUPS 關機，負載改由備援市電供電。

F15P5 由 06：00 開始停電歲修，22：00 完成所有保養並恢復各系統供電。於停電 16 小時期間，將全廠低壓列
盤分為上半場 17 套及下半場 18 套，二階段完成所有低壓列盤之保養。利用 CPM 找出歲修工項與 Utility 復供的關鍵要徑，確保按照進度執行，如圖3所示；工廠恢復運作除了電力以外，UPW / WWT / CR / Exhaust / Chemical等 Utility 亦必 須到位 ; 像是 UPW 洩水後， 品質 回到 Baseline，需要將近十個小時 ;Slurry 須等水質穩定後才能進行混酸，緊接在後。現址式廢氣處理系統 (LSC), 復電升溫需兩小時且數量多 ; 亦是關鍵要因。以上系統無復歸，亦無法進行生產設備的開機與回線。

F15P7 於 09/19~09/21 為期五天，12 小時 / 天， 工廠持續生產， 執行 25% 高壓電力設備保養。如圖4所示為 Y2023 F15P7 小 P 行軍表。

2.1 APM 人員組織架構圖

F15P5 大 P 戰情組織包含總指揮、指揮官、設備戰情、廠務戰情、安全督導、APM 專案及各系統課，如圖5所示，資訊傳遞流程為廠務戰情蒐集各系統課進度，再由設備戰情聯絡官提供所需資訊給工廠，資訊傳遞皆採 teams 文字會議方式，可即時有效溝通。

此外，因應 APM 龐大的系統切換操作需求，亦將電力切換人員分為 5 組，如圖6所示。值班組：負責緊急應變 / SCADA/ 廣播 / 戰報，並將現場狀況彙整給廠務戰情； P5A/P5B/CUP 切換組：負責 CUPS/CCD UPS/LV SWG/HV SWG 停復電切換；FAC 切換組：負責 FAC 電盤及 LUPS 備援電力切換，切換排程參考電力切換大表，如圖7所示。各組採 teams 語音會議，由組長授權現場組員執行各程序切換。

F15P7 小 P 系統操作安排 4 組人同時進行切換 ( 每組 3人 )，F15P7 小 P 電力系統操作組織圖，如圖8所示。另外 F15P7 首次試行 SCADA 遠端投入切換，降低人員操作風險，縮短停復電時間。利用 teams 協作工具成立戰情，防範未然。如圖9所示。

2.2 APM Utility 供應狀態

F15P5 大 P 當天工廠 Utility 狀態表，如表2所示；電力課原規劃歲修前一天 18：00 即進行 UPS 關機作業，比對工廠停線資料後，當下仍有大量機台 run 貨中，決定將關機作業延後至當天凌晨三點進行；無塵室溫溼度維持 in spec.；另 AAS /UPW /PCW /CDA 採減壓 / 減量供應，特氣正常供應，Chemical & Slurry 則是停止供應。

2.3 APM 保養維護工程總表

F15P5 大 P 工作內容分三大類：體質改善 *32、保養*22、維修 *23，共 77 項工程，如表3所示。

F15P7 小 P 執行 10 項工作 : 4 項保養、5 項系統 CIT 改善工程 + 台電停電檢測。如表4所示。

2.4 APM 人員管控

F15P5 大 P 參加人員總計 1,188 人次 ( 工程師共 163 人，廠商 1,025 人 )，提供專屬區域進行工具箱及休息，依據廠區變電站地圖及電力系統單線圖，劃分工程師負責區域，提供個人專屬的 handbook 給所有支援工程師，內有個人負責的切換、保養內容及變電站各工項甘特圖，確保所有工程師明確了解保養項目與排程，掌握保養進度，讓系統如期復歸。

F15P5 APM 當天入廠人數分布統計，如圖10所示。

F15P7 小 P 總共施作四天 ( 含緊急搶修 ) 累計廠商出工 248 人次，台積工程師監工 80 人次，如圖11所示。

3.執行成果

F15P5 大 P 如事前規劃，於 3 月 15 日 16hr 內準時完 成 77 項計畫性任務，其中黃光區環境溫濕度更達成 in control 的考驗。

F15P7 第一次小 APM 保養 (9/18 ~ 9/21 共 48hrs) 原先預計執行五天，但因 ABB 低壓盤 CT 異常事件，只做四天先行結束，完成 278 項電氣設備保養，五項 CIT 改善，四項 Finding。

3.1 APM 當日工程進度管控表

F15P5 大 P 當天工程進度皆符合預期，且因下半場 PM 熟悉度提升，更提前十五分鐘開始進行復電，圓滿完成此次 APM 任務，如圖12所示。

F15P7 小 P 規劃五天，每日工程進度皆符合預期，另因搭配遠端系統操作，甚至可提前復電。唯第四天因 H4E ABB 低壓盤 122CT 熔毀事故，當日以及第五日保養暫停施作，F15P7 小 P 工程進度管控表，如表5所示。

3.2 APM FAC Utility 品質回線大盤表

本次 F15P5 大 APM， 由厰務 In-line Quality Data 共有 8 Systems, 390 Items； 而由 CHAD/OQOE 負 Off-line Quality Data 共有 4 Systems, 192 Items；原計畫 8:00 完成 In-line Quality 回 base line，2 Items 較規劃慢，第一項是因風管腐蝕更換作業工具 PVC 地墊放置於 Co-ECP，導致 TOC 較高，更換濾網後進入 Baseline，另外一項是 PO2 因機台用量小導致供應壓力 High，不影響供應品質，如表6所示。

F15P5 大 APM 當 日，Fab AMC 及 溫 溼 度 SPC 皆 in spec.，且本次試行黃光區溫濕度 within control 也取得成功，如圖13所示。另外，PCW/UPW 於歲修過程也保持 in control，如圖14所示，唯空壓機 CDA 用量遭遇與 F12P45 相同的問題，用量較預期還多，APM 當天最高仍有約 3 萬 CMH，但仍在安全範圍內，如圖15所示。

F15P7 小 APM 執行 25% 高壓電力設備保養，生產機台不停電，不影響工廠生產，Utility 供應狀態正常。F15B 團隊於事先規畫，使用 ETAP 電力分析軟體，模擬分析低壓盤變壓器單邊供電之電壓降，如圖16所示，適度於電力系統單邊供電前，搭配主變壓器有載切換開關 (OLTC) 調整以及低壓電容器的調度，供應穩定的電壓，生產機台無異常通報。

3.3 APM 歲修保養項目完成統計表

F15P5 大 P 共完成 77 項計畫性任務，為工廠解決 1,686風險點改善，A Grade 主要工項共 32 大項，主要工作項目及歲修工作數量與風險改善效果，如圖17及表7所示。

F15P7 分批執行 25% 高壓變電站小 APM 保養 (9/18~9/21共 48hrs)，總共完成 278 項計畫性保養工作。另因 9 月 21 日 H4E-122 CT 異常熔毀導致後續保養無法執行，調整至下個保養週期，如表8所示。

3.3.1 F15P5 低壓盤清潔與保養檢查

F15P5 共 35 套低壓列盤，保養前後清潔度大幅改善，避免因粉塵影響絕緣能力 ; 另發現列盤銅排螺絲鬆脫 *4 及盤內比壓器接地未鎖固 *3，如圖18，此異常點在盤體內部，平日無法檢測，可能導致低壓電盤短路、機台無預警停電等風險，已於 APM 期間皆已改善完成。

3.3.2 F15P5 低壓盤 ACB 開關檢測保養 ( 操作機構卡死 )

F15P5 共 35 套低壓列盤，保養前後清潔度大幅改善，避免因粉塵影響絕緣能力 ; 另發現列盤銅排螺絲鬆脫 *4 及盤內比壓器接地未鎖固 *3，如圖19，此異常點在盤體內部，平日無法檢測，可能導致低壓電盤短路、機台無預警停電等風險，已於 APM 期間皆已改善完成。

3.3.3 F15P5 低壓盤保護電驛檢測 ( 保護電驛失效異常 )

配合低壓電盤停電執行保護電驛檢測，本次共檢測 417 顆保護電驛，PM 內容：電驛特性試驗、絕緣電阻測試及接觸電阻試驗。發現 2 點高風險立即改善：保護電驛 IRF 異常 *1，經調查為內部 V-BI 模組故障，如圖20所示，將無法偵測跳脫回路正常與否，異常發生可能無法跳脫造成事故擴大；另一異常為 Relay 訊號線鬆脫 *1，皆已改善完成。

3.3.4 F15P5 VEX 系統主風管使用負壓艙開孔作業

本次 APM 除 Exhaust 風管腐蝕更換 sub-main 風管外，因主系統 VEX 現況停機保養時已達運轉 58Hz(94%)，預期未來運轉容量有不足可能，故藉 APM 進行時，將 VEX 主風管管路進行開鞍座工程以利後續進行 VEX 風車擴充，達穩定運轉目的，如圖21所示。

在該工程進行，需在 VEX Header 增設 take off port*2 (1400mm *2)，開孔作業須採用負壓艙方式避免壓力波動 ( 依據負壓艙開孔經驗，壓力波動約在± 20Pa 內)。另外，因本次工程須在 VEX 有機系統進行鑽孔與電剪作業，而依據廠內規範，未脫離之已使用有機排氣風管不授權動火，本次鑽孔及電剪作業，於作業上會有放熱作用，因此須審慎評估。

另外，在 APM 作業前，需先進行結構計算，以利鷹架及負壓艙搭設，搭設過程應屬於一般作業，務必注意負壓艙於主風管開孔時需有足夠的空間進行作業，另外負壓艙需搭配以下四項：1. 人員、物料進出需有緩衝區。2. 監視人VEX Header 增設 take off port 開孔作業，需先進行鑽孔作業，因鑽孔作業不影響系統壓力，且鑽孔作業耗時較久，本次於 APM 作業前三天先進行主風管鑽孔作業，搭配圓員需有監視窗。3. 四合一偵測器放置孔。4. 外氣補氣調節窗。5. 艙內與緩衝區皆需於外部有壓差表進行壓力監控，如圖22所示。

VEX Header 增設 take off port 開孔作業，需先進行鑽孔作業，因鑽孔作業不影響系統壓力，且鑽孔作業耗時較久，本次於 APM 作業前三天先進行主風管鑽孔作業，搭配圓穴鋸加冰水噴霧進行溫度量測，溫度需小於 20 度 C 始可繼續作業，如圖23所示。

APM 當天，需再進行電剪作業與鞍座安裝工程，人員穿著防護衣完成，確認負壓艙標配無誤即可進入作業，同時需有監視人員於外部監控視窗孔及艙內壓差，電剪作業中同樣搭配冰水噴霧並進行 IR 溫度量測，溫度需小於 20 度 C始可繼續作業，將 VEX Header 風管依照事前所標示剪出 Port 點後，即可將事先放置於艙內的鞍座安裝上即可完成此工程，如圖24所示。

該工程施工的工法需在有機排氣風管上進行動火作業，探查 VOC 入口濃度與物質爆炸下限雖不至於有可燃風險，但基於管內是否有其他物質或是殘留的 IPA 高濃度，因此於規劃中廣邀相關單位參與，包括：ISEP/CO-ESH/ 新工處 / 相關廠商一併進行討論，並在事前進行各種測試，最終決議在施作風管的開孔作業上，需同時使用冰水灑水降溫，並同步使用熱顯像儀監視風管溫度，以避免燃燒、爆炸的風險。

因該項作業需超過六人於負壓艙內進行作業，而且艙內還需要置放相關的作業器具，這對於負壓艙空間設計也是一大難題。該主風管為 3 米管徑，且出入口兩側皆需施作，因此需搭設兩座負壓艙，施作現場空間非常有限，又需容納施作人員的情況下，負壓艙的結構設計，就務必特別檢討。本次於施工架特別設計出可載重 3,217 KG，如圖25所示；另負壓艙的設計，因艙內人員的移動與施作需求，導致無法於艙內進行斜支撐設置，只能將六面的結構加強，列如：鋼板厚度加到 1.2t、需裁切的鋼板厚度加到 1.5t、角鐵法蘭皆安裝固定於內側、鋼板尺寸縮小為 1 米…等，並進行結構計算可承受 -3,000pa 內壓下，如圖26所示。

如此的要求設計，在當天施作主風管完全開孔時，外部監試人員還是有發現負壓艙有些微凹陷的情況，雖不造成任何影響，但建議未來施作時還是需要加入負壓艙斜撐，以避免狀況發生。

3.3.5 F15P5 管路滲漏修繕

水系統共 25 處漏水結晶點於本次 APM 修繕，包含廢水回收 *16、UPW 系統 *3 及 PCW 系統 *6，若未處理有擴大滲漏，造成水壓波動影響品質，本次 APM 期間進行停水修繕及料件更換，如圖27所示。

4.檢討傳承

4.1 有條不紊完成 APM

本次 P5 APM 過程順利，幾乎無發生任何意外插曲，獲得廠內長官讚賞，以下分享事前相關的準備工作及經驗，供未來執行 APM 的廠區作為參考及準備方向。

4.1.1 APM 切換演練

「系統切換成功，APM 就成功了一半」，這是在觀摩 F12P45 APM 後的深刻心得，為求切換順利，P5 於 APM前共執行了10 次的切換演練及3 次的相關說明會( 如表9)，參與人次達到 412 人次，過程中得到 52 條演練回饋建議，並於歲修前全數改善完成，因此組長及各組組員於歲修前已熟悉自身的切換程序，溝通回報方式亦具有一定默契，以下列出幾個演練重點：

1. 除了各組組員須有 check list 外，組長及值班亦須有專屬的 check list，各節點須進行水平、垂直溝通的部分須明確寫出。
2. 考量支援廠區設備廠牌不盡相同，亦安排本廠設備實際操作練習，將不確定性降至最低。
3. 演練時除不可操作外，需要實際量測並逐條回填 check list，且須實際走位並模擬實際動作時間，例如 DS 開關時間約停留 5 秒，方可有效預估切換時間事前調整，避免當天時間超出預期。
4. 除了電力課演練外，各系統課的水平溝通須事前開會取得共識，包含當日回報人員、時機及方式。

本次APM 是F15B 第一次與設備進行停機停電保養，以下說明準備過程及方法：

1. 提供機台清單供工廠選擇機台，限制值為 tools 總數 U電 30%-547 台，這階段工廠需要較長時間排序，考量包含復機時間、是否為單機等因素，須盡早與工廠展開，並設定斷點避免發散。
2. 安排與設備同仁一同量測機台 idle 待機電流，切記三相皆須量測，取量測期間最大值用以進行負載預估。
3. 依量測結果進行備源迴路規畫 (CUPS 分群 )，整群負載不超過備援容量 80% 為原則，如圖28所示，切記分群使用 DS 勿使用 MCCB，採新設 ACB 備援的迴路務必裝設 DS 防止電壓逆送電，防止施作人員感電風險。

   圖28：UPS 分群規劃 (C 站下半場為例)

   
4. 進行停電電盤貼紙張貼及簽認，本次 APM 共張貼 3,338張，逐一盤點並與設備確認，注意貼紙有脫落可能，此階段約須 6~7 周時間。
5. 除歲修當天關電提醒廣播外，歲修前須與設備協調出當天配合方式，P5 作法，如圖29所示，事先於工廠APM會議取得共識，避免當天機台過載，臨時盤查機台造成 APM 排程延宕。

   圖29：當天 Tools 關電管控流程

   

4.1.2 APM SCADA 掌握

為了確保 APM 當天能掌握所有狀況，對 SCADA 進行了圖控的優化，其中首頁是 APM 流程管控表，如圖30所示，用以掌握 APM 的全貌，並可依時序進行相應確認動作，其中有額外檢核圖控的部分會以按鈕呈現：

1. C-UPS 關機檢查表：APM 期間避免額外關機程序徒增不確定性，P5 於切換前先執行關機程序，此表可掌握所有 UPS 是否已關機，如圖31所示。

   圖31：UPS 關機檢查表

   
2. C-UPS 負載檢查表：目的確認各群組負載是否已進入安全備援容量 (<80%)，及單台 UPS 是否有大幅過載情形(>110%)，可一鍵匯出過載清單，便於比對下游機台通知設備戰情進行應變，提升時效性，如圖32所示。

   圖32：C-UPS 負載檢查表

   
3. APM 切換進度大表：取經自F12P45 APM，目的為確認切換程序是否正確，分為 5 個系統，可再點進各系統內有對應圖控，由各組操作完成後回報組長，組長確認無誤後 SCADA 點選確認，自動計算執行進度，便於 APM時多方長官掌握切換進度，如圖33所示。

   圖33：APM 切換進度表

   
4. APM 期間過流警報表：APM 期間大量警報可能導致忽略真實警報，增設 APM 期間電流警報設定，並可設定單獨啟用上下半場，避免因電驛測試產生大量過流警報影響值班應變，如圖34所示。

   圖34：APM 期間過流警報表

   
5. C-UPS LTS 迴路初始狀態表 (圖35) 及 ACB 位置檢查表：APM 完成大量切換作業後，避免 LOAD/DS 沒復歸到初始狀態，建立本表用以確認開關確實復歸至初始狀態。

   圖35：C-UPS LTS 狀態檢查表

   

4.2 APM 期間廠區用電量變化

P5 APM 期間(3/15 06:00~22:00， 共計 16 小時)， 全廠保留 30% 機台 (547 台 ) 維持 idle 停止 run 貨生產，其餘機台停機。P5 總用電量 107,910 → 43,070 kW( 下降 60%)，如圖36所示；Tool 用電量由 53,290 → 9,513kW，下降 82%，如圖37所示，可由用電量看出本次斷電執行相當徹底，可供後續執行大 APM 廠區參考及電力備援負載量評估。

4.3 黃光區溫濕度 within control 試行成功

本次 APM 成功試行 APM 期間黃光區溫濕度 with in control，如圖38所示，相關精進作為有：1. 黃光區至少 2台MAU 供應，2. 該區域FFU 採ATS 雙電源自動切換，3. 協調設備於 3/14 24:00 前分階段執行 248 track & coater 關機完成，避免熱負載劇烈變化，4. 增設 7 套監控 SCADA與七組人員同步操作切換，動員 10 名工程師進行 MAU/ AAS 系統分組開關機，供其他廠區參考。

4.4 PV 中場無法 Remote 開機經驗分享

P5 PV ( 廠牌 :SULLAIR) 於 3/15 歲修當日上半場進行停機並且斷電，於中場復電開機時，遭遇 PV 現場 touch panel亮紅燈警訊，如圖39所示，導致值班台無法 remote 開機，需加派人力至現場切回 remote 再進行遠端開機，為該型 PV 正常保護機制( 上游斷電須人員至現場確認PV 狀態)，後續廠區須注意。

4.5 F15P7 ABB LV SWGR CT 異常事件

Y2023 年 9 月 21 日 F15P7 進行小 APM 時，ABB 低壓盤 (H4E-122) 單邊供電，122-M 相比流器 (CT) 高溫熔毀。 ABB 廈門初步研判問題出在「始端箱」散熱設計不良，造成 CT 元件熱破壞熔毀。進一步檢討定型試驗報告，發現送測時，未搭配 CT 試驗，且無法滿足 RFP 規範 6000A 在週溫 40 ℃的環境溫升 95K，原廠技術通報建議負載管控在 4750A 以下。ABB GPG(Global Product Group) 與 ABB 廈門正在研擬改善方案，需持續追蹤改善。如圖40所示。

因F15P7 小APM 保養問題，建議各廠於APM 期間增加IR Scan 巡檢人力，以預防異常情況，如圖41所示。

5.結論

F15P5 為全台積第二個執行大 P 之廠區，克服了用電量最大、SWB 無主開關且廠務電力系統設計無 1A2B 電源風險分散等重重困難，並引用 CPM 的概念進行歲修流程的檢討，從拉設超過 15,000 米的線路前置改接工程，到歲修前加班完成十多次的演練及溝通，最終得以於時間內順利完成 77 項的計畫性工作，為工廠解決 1,686 個風險點，使廠務系統能更加穩定運轉，未來可檢討任務之間的依賴程度較高且不確定性較大的情況。加入最樂觀時間、最可能時間和最悲觀時間，可更精準預估出專案的標準差和預期完成時間。

F15P7 ABB 低壓盤 Main CT 異常熔毀的事故，有驚無險，沒有影響工廠運作，事前的準備 (ISEP 緊急戰情群組的規劃 ) 順暢的溝通，讓工廠第一時間即掌握狀況，快速成立 ERT。此次事件亦分享至 FRC/FTB/NFDD，從設計以及採購面開始檢討與把關，讓新廠區避免運轉風險。既有 ABB低壓盤運轉廠區，仍待原廠提出完整改善方案。穩定運轉的路上，仍需繼續努力。