摘要
6"& 8" 廠區年度維修報告與 GIS 異常處理分享
2023 年度依據電力系統歲修規範,200mm 廠區分別執行大 / 中 / 小型 APM,期間共 2,381 人次參與其中,執行多達 880件保養維護、體質改善相關作業;F2 & F5、F3 與 F8 執行小 APM 發現並改善 101 件缺失,例如 GIS SF6 泵有漏油以及氣室壓力偏低,減少 13% 影響廠房的風險;F6 與 F3E 在執行大 / 中 APM 解決 89 項維修、體質升級,解決管路鏽蝕、滲漏宿疾及設備 Phase out、無法保養問題。小 APM 著重於高壓電力系統保養及維修,保養期間不影響工廠生產,故維持供電穩定性是小 APM 重要課題;F2 & F5 與 F8 分享經驗及手法,預先調升主變壓器檔位及投入低壓電容以預防操作期間電壓波動影響;F6 與F3E 廠執行中/ 大APM,分別規劃 1/3 與全部低壓變電站停電保養,著重於系統異常改善及體質的升級,透過下游負載備援轉載方式,使得20 年未停電的急電迴路側得以執行保養,但仍需要更簡化的轉載操作,以降低保養風險。
透過 APM 改善許多共通性問題,並藉由各廠經驗分享即早鎖定改善目標,不過舊式的迴路設計、邏輯 Interlock 也致使異常非預期發生,後續如何提供更安全保養方式以及風險最低的轉供電架構,將會是 APM 持續深究的議題。
In 2023, according to the power system annual repair specifications, the 200mm plant implemented large-scale, medium-scale, small- scale APM respectively. 2,381 people participated in the maintenance and performed up to 880 maintenance and improvement projects. Through the small-scale APM, F2, F5, F3, and F8 found and improved around 101 defects, such as GIS SF6 pump oil leakage and lower gas room pressure. The improvement reduces risks affecting fabs by 13%. F6 and F3E implemented large-scale and medium- scale APM to solve 89 repairs and system upgrades, and they also solve problems such as pipeline corrosion, leakage, tools phase- out, and inability to do power outage for maintenance, etc. On the other hand, small-scale APM focuses on high-voltage power system maintenance and repair. The maintenance period did not affect fab production, so maintaining power supply stability is an important issue for small-scale APM. F2 and F5 shared their experience and techniques with F8. They pre-adjusted OLTC Tap and switched on low-pressure capacitor panel to prevent the impact of voltage fluctuations during operation.
F6 and F3E implemented medium-scale and large-scale APM and respectively planned one third and overall low-pressure substations power outages maintenance. It was to focus on system abnormal conditions improvements, retrofits and upgrades. The changed power transmission of downstream load backup made the emergency power circuit side that has not been powered off for 20 years can be maintained. We still need a more simplified changed power transmission method to reduce maintenance risks.
Overall, we improved many common problems through APM. Via the experience sharing from other fabs, we can identify the targets that need to be improved early. However, the outdated circuit design and system logic interlock also lead to unexpected abnormal situations. The methods to provide safer maintenance and the changed power transmission structures with the lowest risk will be issues that APM team needs to think about.
1.前言
台積公司六 / 八吋廠在台灣地區共有 F2、F3( 含 3E)、 F5、F6 及 F8 等五個廠區。包括廠房運轉已超過 30 年以上的 F2 廠,三個主變壓器電力架構的 F3 廠,有無塵室堆疊設計的 F5 廠,也有南科第一座 8 吋廠的 F6 廠,及 2000 年分別由德碁半導體與世大積體電路公司併入台積公司的 F3E 與 F8 廠,各廠的電力架構與目前的新廠設計存在許多差異。
在十二吋廠的認知中,六 / 八吋廠是台積公司又老又舊的廠,真的是舊嗎?廠務組織正在透過全面翻新、系統整併與升級,並融入新廠設計架構的元素,及引入全新的年度維修保養制度與資源,讓這些有歷史的工廠,延長使用年限,蘊育新的活力,藉此趕上十二吋廠的腳步。
此次 2023 年六 / 八吋廠區 APM 的規劃:F2、F3、F5、 F8 執行小 APM,透過電力的切換讓工廠生產不中斷,使高壓 ( 含 ) 以上電力配電設備可以執行保養;F6 執行的中 APM 則是透過備援模式,首次將運轉 25 年來未曾保養的緊急電開關迴路切至 1A2B 架構,進行包括低壓電力盤清潔與ACB 保養、潤滑、投跳測試。並執行開關延壽計畫,解除這些運轉至今的風險;也將 MCCB 分路有誤跳脫風險的模組拆除。另外,也一併汰舊換新 GMS L 系列 UPS,此系列廠商已無備品供應及停產。
新廠工程處處長洪永迪先生曾說過,目前新廠的設計改善源自於六廠為藍圖延伸而成的,故目前六 / 八吋廠的改善方向,將會跟隨著新廠踏過的腳步,大步迎向未來的三十年。
2.歲修計畫
F2、F3、F5 與 F8 執行小 AMP 保養,透過低壓變電站趕單邊操作,執行高壓設備 50% 的電氣保養,內容包含 GIS機構保養與功能測試、絕緣氣體檢測、高壓開關功能檢查、保護電驛功能測試與參數比對、主變壓器電氣檢查。以 F3廠例,其保養範圍,如圖1所示。
圖1:F3 電力 APM 保養範圍

在執行中/ 大APM 保養項目:F6 執行中AMP 保養,保養時間為 16 小時。機台計畫性停電 70% 以上,全廠純水停止供應。在此條件下電力課重點項目有:中、低壓變電站總數 40 套,計劃保養 19 套,主要執行保護電驛的功能測試與參數比對。開關的進階保養及延壽計畫。低壓變電站 Fast auto tie。低壓站 MCCB 跳脫模組移除。透過上下半場的急電轉供切換,保養 ACB 的機構潤滑,共計 24 迴路轉供。機械課的項目有 Exhaust 風管腐蝕更換、系統容量擴充及改善。水處理課的項目有 UPW 與 PCW 系統運轉強化改善。氣化課的項目有系統安全的功能測試及提高系統運轉的改善。
至於 F3E 為執行大 AMP 保養,各課保養的項目,如表1所示。
系統 | 保養 | Major item |
---|---|---|
Power | 14 |
|
ME | 11 |
|
GC | 9 |
|
WT | 24 |
|
FMCS | 6 |
|
Sum | 64 |
|
2.1 廠務 APM 人員組織架構
六 / 八吋廠各廠在 APM 組織結構上,並無太大差異,小 APM 各課值班人員會負責 SCADA/ 廣播 / 戰報,並將現場狀況彙整給總指揮及 FAC 戰情。現場各工程負責人整點匯報工程進度給值班,由 Quality 小組負責管控各課工程進度及戰報製作,以 F8 廠例,其保養組織,如圖2所示。
圖2:F8 歲修人力組織圖

六 / 八吋廠在中 / 大 APM 則各由系統課副理擔任該課指揮者;儀控課負責彙整及發送 APM 戰報,提供線上 Utility供應最新狀態及工程進度。製造部總戰情室設置專責副理擔任廠務聯絡窗口,提供即時的廠務戰情及接收各單位即時需求。廠務指揮官由部經理擔任,於廠務值班室掌握廠務部各課工作進度、人員調度,並將進度彙報總指揮官知悉。總指揮官由廠區處廠 / 副處長擔任,於 ERC room 統籌廠務各項事宜,並擔任 ERC 聯絡窗口,以 F6 廠例,其保養組織,如圖3所示。
圖3:F6 APM 人員組織圖

2.2 APM Utility 供應狀態
小 APM 執行高壓電力設備保養,電力系統切換不影響下游供電,工廠端可持續生產,各 Utility 系統正常供應,因此電力穩定供應是最重要課題,以 F8 為例,使用兩種維持電壓供應品質方法,讓電力切換期間電壓波動幅度符合 SEMI47 規範內,第一種方法是若單邊電壓降接近設定值,操作調升主變壓器電壓,以防止切換後電壓太低而影響現場機台。另一種方式就是將預期電力切換後電壓偏低的站別投入低壓電容器,使該站切換前後電壓變動幅度縮小。
F6 的中型 APM 將執行約 50% 低壓變電站停電保養,機台端除配合電力保養機台需停電外,其餘機台維持 Idle,期間 Utility 供應狀況,如表2所示。
System | F6P1 | F6P2 | F6E2 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
Power | Tool 70% 停電 | 05:00~21:00 | 正常 | Tool 50% 停電 | 07:00-19:00 | |
Water | 停純水 |
05:00~21:00 +1hr in BL (DO+1.0 day) |
停純水 ( 主管維修 ) |
05:00~21:00 +1hr in BL (DO+1.0 day) |
停純水 |
07:00-19:00 +1hr in BL (DO+1.0day) |
Gas |
正常供應如下 : CDA/Bulk gas; for LIT Scanner (1.2%He/N2, 0.52%N2/He 0.5%O2/He) 其餘停止供應 |
05:00-21:00 |
正常供應如下 : CDA/Bulk gas; for LIT Scanner (1.2%He/N2, 0.5%O2/He) 其餘停止供應 |
05:00~21:00 |
正常供應如下 : CDA/Bulk gas;for LIT scanner(0.5%O2/He) 其餘停止供應 |
07:00-19:00 |
Chemical |
停止供應 (Slurry SDS *16 套 KOH flush 前一日 20:30~ 後一日 00:30) |
05:00~21:00 | 停止供應 | 05:00~21:00 | 停止供應 | 07:00-19:00 |
CR | OOS |
05:00~21:00 +2hrs in BL |
正常 | OOS |
07:00-19:00 +2hrs in BL |
|
AAS | Exhaust keep -200 Pa |
05:00~21:00 +1hr in BL |
正常 | Exhaust keep -200 Pa |
07:00-19:00 +1hrs in BL |
本次變電站中、低壓盤的保養套數為 18 套,P1 停電 Tool 數量 70%;F6P2 不在本次範圍, 故 F6P2 正常供電,無塵室溫溼度 in spec,製造部則規劃 F6P2 為 wafer安全存放區;F6E2 則配合 AP2B 的 APM 規劃, 時間 07:00~19:00,共 12hrs,停電的區域將影響 F6E2 50% 的 Tool 數。
水系統的部分,本次APM 因F6P2 主管路維修而停止供應純水,但不影響 wafer 安全存放。
機械系統的部分,因多處風管維修僅維持基本壓力避免衍伸 AMC 或人員安全問題。
氣化的系統部分,除了 CDA 及 Bulk gas 有特殊要求外,其餘皆會停止供應。除此之外,設備於APM 前 8.5 小時開始執行設備關機步驟, 而 APM 後 3.5 小時完成上線。所以這次廠務 Utility 開始影響時間會是 APM 前一天的 20:30到 APM 後一天 21:00 UPW DO 復歸後才算結束,如圖4所示。
圖4:F6 APM Utility 時間軸

F6 主要的電力操作為急電負載的轉移及變電站停電操作,如圖5所示;電力切換的主要目的是為了將保養的站別停電下來以進行作業,更避免保養人員處於可能感電的環境中作業。這次風險評估上,除了注意PPE 穿戴、操作前後的檢查以避免人員感電外,在急電負載轉移操作上,更針對活電並聯進行控管,增加兩項機制 1. 移載後負載大於額定 80% 2. N 相電流大於開關容量 50%,只要兩端負載並聯後有任一項成立,則取消此迴路作業並回復原狀,避免過載影響未停電的迴路,如圖6所示。
圖5:F6 電力操作風險評估及對應時間軸

圖6:F6 緊急電操作程序

2.3 APM 保養維護總表
在 APM 保養數量上,小 APM 維護數量主要為高壓電力設備,如表3所示;2023 年六 / 八吋廠區高壓設施維護數量接近 800 筆,各廠數量會依維護排程不同以及廠區主變壓器數量或高壓迴路設計差異而有些微不同。
高壓設施 | F2&5 | F3 | F8 | |
---|---|---|---|---|
GIS | 0 | 1 | 2 | |
GCB | 0 | 0 | 136 | |
高壓盤 | 95 | 66 | 99 | |
HV Relay | 53 | 31 | 109 | |
VCB | 76 | 30 | 0 | |
模鑄式變壓器 | 33 | 21 | 39 | Y2023 總數 |
257 | 149 | 385 | 791 |
以下特別說明 F2、F3、F5、F8 獨特性維護項目。首先, F2 與 F5 廠特有的配電級油式變壓器檢測保養,本次保養 10 顆。與模鑄式變壓器不同的是油式變壓器在外觀檢查上多了油面計/ 油溫度計/ 線圈溫度計檢查,在保護裝置上更多了衝擊電驛、釋壓裝置的測試。
F3E 與其他的 200mm 廠區保養上些許不同之處在於高壓分路開關為 GCB 開關,保養內容為銅排清潔與機構潤滑以及老化測試。
DUPS 系統為 F8 特有電力設備,是主要的電力壓降防禦系統,本次小P 配合歲修進行停機保養,如圖7所示,執行:22.8KV 高壓開關盤清潔 & 螺絲定磅檢點、高壓電纜頭清潔 & 放電檢查、模鑄式變壓器清潔定磅檢點以及保護電驛檢測。
圖7:F8 DUPS 系統配合歲修進行停機保養

該系統由高壓側供應 F8 廠區多迴路電力系統,保護當台電壓降時的電力系統供應,其餘台積廠區使用 SUPS 系統, DUPS 與 SUPS 區別為:DUPS 運轉模式可分為正常模式、緊急模式,如圖8所示,平時以 IK(Induction coupling) 進行動態儲能;SUPS 以電池進行儲能。當有電力壓降產生時,DUPS 以 IK 的動能轉換成電力暫時供應下游電力設備,當市電異常 DUPS 系統引擎會帶動 IK 進行持續發電 ( 緊急模式 );而 SUPS 則以電池進行壓降電力穩定,當壓降過久或市電停電可能會因電池耗盡造成電力保護功能喪失,如表4所示。
圖8:F8 DUPS 運轉模式 ( 正常模式 / 緊急模式 )

項目 | SUPS | DUPS |
---|---|---|
安裝環境 | 安裝於無塵室或變電站,佔用生產空間 | 安裝於生產區域外 |
空間需求 | 安裝空間大 | 約靜態式 45~50% 之安裝空間 |
空調需求 | 需具備空調提供設備,維持運轉條件 | 需提供足夠之通風 |
系統壽命 | 約 10 年 | 約 20~25 年 |
電池壽命 | 視等級約 3~6 年不等 | 無使用電池作為後備電力 |
Utilization rate | 控制用 ~30% / 動力用 ~80% | ~90% (Redundant + continuous) |
備援時間 | 受限於電池容量及放電能力 | 使用原動機,備援時間不受限制 |
運轉效率 | 約 ~82%/~94%( 視機型 / 容量與負載量 ) | 約 92~96% |
THD | THD >8% | THD <3.5% |
功因補償 | 無此功能 ( 本身為滯後向量 ) | 具備此功能 ( 提供超前向量 ) |
過載特性 | 瞬時耐受 <3 倍額定運轉容量 | 瞬時耐受 ~15 倍額定運轉容量 |
在中/ 大 APM 的部分,運用機台停機期間,著重低壓變電站改善及各系統體質升級工程,如表5所示;2023 年 F3E 與 F6加總共安排 89 項維護保養及改善項目。
中 / 大 P 維護總表 | 電力 | 機械 | 水處理 | 氣化 | 儀控 | Total | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
F6 | F3E | F6 | F3E | F6 | F3E | F6 | F3E | F6 | F3E | F6 | F3E | ||
保養維修 | 4 | 2 | 3 | 2 | 3 | 6 | 6 | 5 | 0 | 3 | 16 | 18 | |
系統改善升級 | 6 | 5 | 8 | 1 | 21 | 7 | 5 | 0 | 1 | 1 | 41 | 14 | Y2023 總量 |
57 | 32 | 89 |
系統改善、升級的部分將於下節的執行成果再做說明;保養維護的部分,F6 與 F3E 共通項目則以電力為例,配合低壓電盤停電執行分路 ACB 開關檢測保養,在本次 F6 本次低壓站停電保養,更是讓部分站別從建廠至今首次可執行保養。再針對 Master pact M-type ACB 的停產,目前已無備品可以替換,本次針對框架無法抽出、接點有疑慮的 ACB 或站別進行汰換,安排數量 F6:1 顆 (Main);F3E 共保養 195 顆開關,PM 內容:ACB 機構清潔點檢、接觸電阻測試、絕緣電阻測試、動作時間測試ACB 各個重點保養項目,如圖9所示。
圖9:F6 與 F3E ACB 重點保養項目

本次低壓站停電保養,更是讓部分站別從建廠至今首次可執行保養。再針對 Master pact M-type ACB 的停產,目前已無備品可以替換,本次針對框架無法抽出、接點有疑慮的 ACB 或站別進行汰換,安排數量 F6:1 顆 (Main);F3E:3 套列盤,汰換為施耐德主流且大眾型式開關 NW- type,框架需更換並加裝轉接銅排,將換下舊品經檢測堪用者,當成緊急備品儲備於該廠區。
2.4 APM 管控表
小 APM 以 F8 為例,於值班室建立 APM 人員及進度管控海報,提醒相關人員到廠及離廠皆須簽到,以掌握人員動態。APM 參加人員共 85 人 (F8 工程師共 20 人,支援人力 14 人,施工廠家數 7 家,施工廠商共 115 人 ),排程 07:00~17:00,施工時間 10 小時。建立工程時序管控表,每小時紀錄完成百分比於表上,如表6所示;工程項目位置圖:以不同顏色磁鐵標示未開工、施工中、已收工狀態,掌握各項工程進度。
每一個低壓站平均兩位支援人力協助,以資深人員為主手;資淺人員為副手配置,平均各自負責 4 項歲修工作項目,此人員配置依檢討符合本次歲修需求。APM 前共舉行兩次行前會議,宣導 APM 期間各項注意事項,會後再由工程負責人帶領支援人力現場走訪,說明工項內容、注意事項及物料放置位置。
中 APM 以 F6 為 例,統 計本次中型 APM 參加人員共 771 人 ( 工程師共 151 人,廠商 620 人 ),規劃保養時間 05:00~21:00,共 16 小時,總工程項目共 74 項,預計於 21:00 完成所有作業。相關 APM 廠區施工協議及教育訓練皆全數於計畫時間內完成,如圖10所示。
圖10:F6 廠商協議組織 / 訓練及演練行程規劃

圖11:F6 支援人力訓練及演練行程規劃

各課將工作項目依照人、機、料、法四面向進行管控及追蹤進度,確保各項作業能如期於 APM 前完成準備,以 F6 水處理課為例,如圖12所示。
圖12:F6 水處理課人、機、料、法控管表

3.執行成果
3.1 APM 當日進度管控表
當日進度管控表,以 F6 中 APM 為例,歷經 16 小時的緊湊施工及 2 階段的電力切換,最終在全廠已復電的廣播後結束。共 74 項的工程,全數作業皆於規劃時程內順利完成,如圖13所示。
圖13:F6 歲修進度控管表

3.2 APM FAC Utility 品質回線大盤表
六 / 八吋廠在執行小 APM 並不影響工廠生產,APM 期間一樣持續監控各系統 Utility 供應狀況,如有緊急狀況則立即通報線上,小 APM 各系統 Utility 品質皆正常。
六 / 八 吋 廠 在 執 行 大 / 中 APM 時,F3E 與 F6 各 SPC Quality 項目皆依計畫回線,以 F3E 為例,本次 LV SWGR 停電 PM 共 25 套盤,3 月 8 日 06:00~03/08 22:00 準時 交 回,In-line Quality Data by HFAC:16 Systems, 288 Items/Off-line Quality Data by CHAD/OQOE:7 Systems, 329 Items,FAC Inline Data & CHAD FAC Inline/Offline Data 皆於計畫內時間 within Baseline,如表7所示。
順利完成 APM 期間存放 Wafer 區域,溫溼度 in OOC 的艱鉅任務,該區域有機會影響到溫溼度的設備,歷時一個月提前在 APM 前完成迴路改接,並逐台停機保養,無塵室人員 / 施工管制,減少任何會影響到溫溼度的不確定因素,專人全程 VIP 等級照顧,預先判斷外氣變化,提前手動介入調整,如圖14所示。
圖14:F3E Etch 區溫溼度 in OOC

3.3 APM 歲修保養項目完成統計表
F2、F3、F5、F8 的小 APM 共完成 791 項高壓保養,透過保養發現 101 項缺失,如表8所示。整體異常率高達13%,但也等同於減少了 13% 可能影響廠房運轉的風險,這比率突顯年度保養的重要性,不僅僅完成維護保養,更是廠房穩定運轉的基石。
高壓設施 | 2023 保養數量 | 2023 Finding | 備註 |
---|---|---|---|
GIS | 3 | 3 |
F3: 液壓設施滲油 F8:E01、E03 氣室壓力偏低 |
GCB | 136 | 79 | F8: 機構變形 *1;缺件 *9;老化趨勢 *69 |
高壓盤 | 260 | 7 |
F8: 銅排未標線定磅 *2 F2&5: 避雷器未拆 *4;銅排絕緣間距不足 *1 |
HV Relay | 193 | 2 |
F2&5: 線圈開路異常 *1 F8: 通訊異常 *1 |
VCB | 106 | 7 | F2&5: 儲能馬達機構潤滑不足 *7 |
模鑄式變壓器 | 93 | 3 |
F3:N 相銅排螺絲滑牙 *1 F8: 溫控器故障 *2 |
總數 | 791 | 101 | 異常率 :13% |
以 F2、F5、F8 案例說明,F2、F5 已改善且額外發現 13項高壓設施高風險異狀,皆於當天完成改善,解除單站或半廠停電風險,如圖15所示。第 1、4 項為老舊廠區常見的設備機構老舊、停產問題;第 2、3、5、6 項則須透過停電開盤才有辦法發現的異狀,皆經 APM 後完成改善,並分享經驗予其他廠區,可更快發掘並預測問題解決。
圖15:F2 與 F5 APM 缺失照片

F8 GIS 特殊案例經 APM 後也更清楚根因,F8 GIS 共 4 Bay,相較於台積其他廠區 GIS 為油壓驅動,F8 開關驅動方式為氣動,驅動方式為氣壓缸經氣動閥驅動,快速帶動開關起斷及投入。Y2022 進行 E01-T & E03-S 共 2 組 SF6 泵更換過程中發現原本 E01-T 相 SF6 泵有漏油現象,如圖16所示;當 SF6 泵故障可能導致無法補氣造成開關氣室內部壓力降低超過標準值,使消弧能力喪失,可能發生短路事故,嚴重時將如同 2022 年 3 月 3 日興達全台大停電故障模式:相鄰斷路器內絕緣氣體喪失下供電,造成隔離開關毀損,可能造成全廠停電和設備損毀,導致大範圍停電。
圖16:F8 SF6 泵故障導致底座有漏油現象

此外,施作 2 Bay(Bay-1/Bay-3) 保養發現二顆氣室壓力偏低異常,經德國原廠技師研判 SF6 氣體洩漏共兩處,如圖17所示;氣室逆止閥栓塞頭滲漏、高壓氣室及低壓氣室之間內部滲漏。
圖17:F8 GIS 氣室滲漏位置

氣室逆止閥栓塞頭滲漏:閥栓塞頭異常導致氣密效果不良造成微量漏氣,如圖18所示,主因為 SF6 泵將 SF6 氣體由 GIS 開關下氣室 ( 約 -0.5Mpa) 輸送回上氣室維持上氣室壓力(6.8Mpa),如圖19所示,當中上下氣室氣密異常使 SF6 氣體微量滲漏,造成 SF6 泵動作次數異常偏高。改善作法為調整逆止閥接頭並補填充 SF6,填充 SF6 過程中依照西門子原廠規範,每次 0.1Bar (10kPa) 逐次上升至額定壓力值。
圖18:F8 SF6 泵閥栓塞頭異常導致氣密不良

圖19:F8 GIS 開關結構圖

經過檢測發現 SF6 泵動作次數異常偏高原因:SF6 氣體微量滲漏,導致 SF6 泵需頻繁動作補氣。APM 後針對更換後 SF6 泵每日紀錄動作次數及監控泵動作電流值持續觀察正常,後續針對高動作次數 Pump 每三年利用 APM 進行停電更換,可控制於動作次數 6 萬次內,提前於原廠標準規範10 萬次內進行預防性更換。此外,SF6 泵為長交期料件,原廠需備料 8 個月,目前廠區常備有 1 組備品,GIS 泵每日運轉次數及運轉電流已上 Auto Trend Chart 每日晨、夕會進行 Review 及管制。
內部滲漏問題:目前原廠沒有維修 GIS 氣室內部滲漏作法,如需根解此問題,需全廠停電進行上下氣室更換,其中因 F8 GIS 供電架構為 Single bus,會有一端仍帶電無法隔離。 F3、F3E、F6 亦為相同供電架構,GIS 部分元件於小 APM期間仍帶電而無法有效保養或維修,除非全廠停電或是改為 Double bus 供電架構,否則無法保養的問題將持續困擾著,後續將持續提案以取得預算改善之。
F3E 與 F6 的大 / 中APM 成果,如表9所示,共執行並完成 89 項系統改善、升級作業,以下依各系統相似案例依序說明。
中 / 大 P 維護總表 |
保養 維修 |
系統 改善升級 |
主要 執行成果 |
解決 風險 |
---|---|---|---|---|
電力 | 6 | 11 |
F6、F3E: 低壓列盤保養 / 點檢、Relay 功能、保護邏輯測試 F6、F3E: 變電站開關汰換 F3E:ATS&CTTS 改 PLTC |
預防功能失效、確保功能正常開關零組件 phase out 問題 解決無法保養問題 |
機械 | 5 | 9 |
F6:SEX 主管路鏽蝕、結晶檢修 F6 :SEX、5° C 冰水 N+1 管路擴充及空汙混排分流 Tie-in F6:SEX、AEX 系統單控制電源風險改善 |
防止機台排氣壓力不足影響運轉解決 N+1 不足運轉風險 降低控制電源故障影響供應風險 |
水處理 | 9 | 28 |
F6、F3E:UPW 控制元件翻新及更換 F6、F3E: 漏水修繕、管路材質改善 |
防止通訊及電子元件失效造成供應中斷解決宿疾 |
氣化 | 11 | 5 |
F3E:PH2 鏽蝕管路汰換 F6: HF49% 管路材質升級 |
解決洩漏風險 降低 chemical 滲透逸散風險 |
儀控 | 3 | 2 | F6、F3E: DCS Provox 升級 DeltaV | 通訊架構體質改善 |
TT | 34 | 55 |
電力方面,F6 經緊急電負載的備援轉移,可使得 20 年未曾停電之開關可進行保養,透過檢測、保養也發現多項開關元件老化、異物問題得以改善;F3E 的 ATS 與 CTTS 安裝 25年且已經停產。無論平時或 APM 狀態,二次側皆帶電而無法保養,在原廠會勘發現機械結構有潤滑不足現象,故安排於停電期間進行改接為 PLTC 架構而取代之,改善 CTTS無法保養且停產問題,如圖20所示。
圖20:F3E ATS/CTTS 改PLTC 示意圖

機械方面,F3E 與 F6 工作項目著重於影響大量機台不易借機或系統高風險項目,如表10所示;主要改善 AAS系統風管鏽蝕問題並擴充系統改善 capacity 不足問題。 Exhaust 風管更換作業更集結不同領域的專家參與,著重於事前的準備工作及演練,當日得以提早 3 小時復歸。
系統 | 工作項目 | 成果 |
---|---|---|
AAS | F6P1 SUP SEX 擴充及主管 tie-in | SUP 新擴充 SEX17 完成 SUP SEX 主管 tie-in 作業,改善 SUP SEX capacity 不足問題 |
AAS | F6P1 SUP DNS AEX 空污改善風管 tie-in | 完成 SUP DNS AEX 主管 tie-in 工作項目避免 NH3 混排至 SEX 工作項目達成空污外排減量目標 |
AAS | F6P1 SUP SEX09/16 年保養( 含轉動設備維護) | 不易借機切換之 central scrubber,進行年保養以及轉動設備維護,確保空污防治設備廢氣處理效率符合空污操作許可規範 |
AAS | F6P1 HPM B1 SEX submain 風管腐蝕更換 | SEX 主風管 take off port 與 submain 長期遭製程酸氣腐蝕,造成環境安全及系統運轉風險,於 APM 進行修繕 |
AAS | LSC exhaust 風管腐蝕更換 | HDP LSC 出口連通風管腐蝕進行更換,提升系統穩定性 |
AAS | F6P1 AAS power supply 更換 | AAS 系統更換電源供應器以及新增備援模組,提升系統可靠度避免單一元件故障造成 SCR 停止,影響空污外排風險及機台供應 Exhaust 壓力。 |
AAS | F6P1 瓦斯減壓站調壓導壓管修繕 | 完成導壓管更換,避免瓦斯外洩風險,維持瓦斯管路壓力穩定供應 VOC 及 DAS LSC 正常運作 |
AAS | F6P1 SEX submain 及風管維修更換 | 完成 SEX Submain 腐蝕風管更換共 12 處,改善環境漏液風險及機台 Exhaust 不足與壓力穩定 |
CR | F6P1 TCW13 冰水控制閥更換 | 解決 DCC TCW13 冰水控制閥軸心漏水問題 |
CR | Calamity test | 完成 Calamity 測試,確保平日緊急應變排氣系統可正常啟動 |
MEP | F6P1 CUP 2F 9° C 冰水管不斷水工程 | 完成 9° C 不斷水開孔供回水 port 共 2 口,擴充 CUP 空調改善所需冰水 port 點 |
水處理方面,F3E 與 F6 針對 UPW 控制宿疾、通訊老舊架構、管路滲漏進行改善,如下說明:
(1)PLC 電控元件翻新、動力架構升級強化:
F3E UPW 電控系統老舊,各項問題如:CPU 停產、控制電源串接、所有電控都是盤面操作無法遠端遙控及所有電源都是同一低壓變電站,若是變電站發生事故,影響甚大,經本次停電、停水下進行 PLC 汰新及重新接線改善通訊架構並新設 Intouch Scada 可遠端監控,動力架構更是完成分散降低運轉風險,如圖21所示。
圖21:F3E UPW PLC 與動力架構

F6P1 UPW 系統經歷 20 餘年使用,通訊及控制方面已與現今新廠區架構有明顯差異,且也逐漸積累許多宿疾導致運轉風險。Y2023 APM 搭配全面翻新的專案,成功完成UPW 系統 SCADA 升級、網路架構重整,改善通訊塞車、斷訊問題,如圖22所示。
圖22:F6 UPW 系統網路架構升級強化示意圖

F6P1 UPW GE 90-70 PLC 模組因長期使用通訊模組有老化現象導致通訊異常,於本次 APM 完成更換 PLC 通訊模組,共計 12 組,以維持穩定運轉。相關資訊,如圖23所示。
圖23:F6 UPW PLC 通訊模組異常更換

F6P1 廠區控制電迴路 24V電源供應器雖有備援設計,但使用已逾 20 年,繼 Y2021 APM 完成主電源供應器汰換後,本次完成備援電源供應器汰換。完成數量共計 28 組,如圖24所示。
圖24:F6P1 UPW 電源供應器更換

(2)管路維修及改善:
本次 APM 期間,F6 水處理課共計完成 9 處 F6P1/P2 無塵室內、外,主管段管路材質改善及滲漏修繕,如圖25所示。
圖25:F6 水課 APM 管路改善及維修工程現場照片

(3)系統體質及電力元件更新強化:
經本次 APM 期間,F6 完成 UPW Loop area UV chamber翻新 tie in,共計 3 組,成功解決主系統停產,原廠已不提供備品及維護之窘境,如圖26所示。
圖26:F6 UPW Loop UV 更新

另於本次停水 APM 期 間,F6 亦 完成 UPW Loop UPT pump 已停產之 VFD (AB 1336) 汰換升級(AB PowerFlex 753),共計 4 組,若加上 Y2021 APM 更換,P1 廠區已完全解決 UPT pump VFD 無料維修保養之風險,如圖27所示。
圖27:F6 UPW UPT Pump VFD 汰換

在宿疾改善方面,已完成 4 組 UPW UPT pump DC bank電力備援系統建置,並成功於本次 APM 期間 tie in VFD進行實測完成,一舉改善 F6P1 UPW Loop 運轉 20 多年來,一旦遭遇到台電電力供應不穩 ( 壓降) 或停電,將造成 F6P1 全廠 UPW Pump 停機供應壓力異常風險,如圖28所示。
圖28:F6 UPT pump DC bank tie in 測試

在氣化方面,以 F6 為例,又以 HF49% 管路升級最為重要,避免化學品洩漏的風險及單一主閥維修停線的風險,修改方式,如圖29所示。
圖29:F6 HF49% 管路升級修改方式

4.1 F6 Busway 備援迴路無預警斷電事件檢討
F6 中APM 執行歲修保養過程中,發生無預期的迴路跳脫,檢查發生異常跳脫的開關及後盤,發現一、二次側銅排接點皆有微燻黑狀及金屬斑點。異常跳脫前同站另一顆開關儲能馬達過溫燒熔引發金屬煙塵蓄積,導致帶電的 11C3-2 二次側銅排相間電弧閃落,如圖30所示。
圖30:F6 異常 ACB 開關二次側銅排相間電弧閃落

4.2 F6 ACB 儲能線圈異常保護機制分享
F6 執行系統轉供過程中,發生開關儲能馬達因老化卡死而過熱燒毀,異常發生後,進行儲能線圈的暫態、穩態及堵轉測試,並驗證選定 Fuse 規格。測試結果:複製堵轉測試 10s,漆包線溫度高達 110 度;加裝 fuse 進行測試,選用 1A 快速融斷型 Fuse,可順利阻斷堵轉異常。
結論:新建廠加保護裝置 (Design-in),既有廠隨汰換新增。 2 個解決方案,方案一:內部崁入 Fuse 保護 ( 同 ABB ACB 保護機制);方案二:外部獨立開關保護控制迴路( 同西門子 ACB 保護機制 ),如圖31所示。
圖31:ACB 儲能線圈保護機制評估

4.3 F6 爐管設備『三開三關』經驗分享
此次 APM 做得第一個好的地方,包含先前提到的為使執行機台開關機人員快速判斷主機台 / 附屬機台關機、不關機,開關機 Check list 展開到各別機台填寫,此作法也讓此次的 APM 人員無誤關動作。第二個做得好的地方是 Dry pump 的『三開三關 Action』,由於 Furnace 大部分的process 都是有 Film 產生的,Dry pump 會因為直接關機造成降溫,而使 Film 直接卡死於 pump 本身,因此這個動作利於有 Film 的機型,依次壓碎排出,進而降低最後關機時的 Film peeling 量,如圖32所示。
圖32:F6 Dry pump 三開三關 Action

另外 APM 開關機練習提到的,遇到 Furnace WAVES 機型開機後 temp controller Power supply fail,原因為機台電路設計不良 ( 主電源直接進電源供應器易造成突波,導致元件損壞 )。因此機台斷電後,加入 Temp Controller Power supply 的各別斷電,開機後各供應器非同時供給電源避免突波造成,因此讓此次 Furnace APM Temp controller fail rate 為 0%。
最後,此次 Furnace APM 有個做不好的地方是,以往TEOS PUMP 都是有規劃緊急電,今年不同於以往是因為有部分 PUMP 已轉到 C-UPS( 無緊急電 ),無爭取 PUMP緊急電,導致機台無斷電但是後段管路卻面臨斷 PUMP TEOS 回灌的風險,因次造成 Defect Case。
因此加入兩種作法 :
- 機台 Check list 加入 TEOS 如有關 PUMP 須結合機台EPM。
- 緊急電需求須把 TEOS PUMP 列入其中範圍,如圖33所示。
圖33:F6 Dry pump 三開三關 Action
4.4 F2 操作電壓偏低防護措施經驗分享
F2 在APM 前進行電壓調整,預防小APM 單邊供電期間,因變壓器負載增加,導致下游電壓偏低;因此在 APM 電力切換前,先進行配電級變壓器 tap 調整與調升主變壓器OLTC( 有載分接頭切換器) 輸出電壓 (11.5kV → 11.7kV),如表11所示。
4.5 F3 CUP4.16KV 發電機啟動訊號線路查修經驗分享
F3 CUP 4.16KV 發電機組有 3 組外部訊號啟動發電機 (2組停電訊號,1 組 APM 模式 ),其中輸出至 PLC 的訊號線是併接在 UV relay 的接點上,不是接啟動訊號的共用接點,現場改接至共用端子台,功能測試正常,如圖34所示。
圖34:F3 發電機啟動訊號線路查修

4.6 F3 APM 電力切換異常停電事件檢討
F3 於 5 月 3 日進行年度小歲修保養,共計 51 顆電力開關需進行切換,有一顆高壓開關未達投入定位位置,即將供電中開關切離 (MO),造成電力中斷 15 秒。主要異常原因:
➀操作人員未確認開關應在定位位置 ➁未察覺開關切換的電流變化,造成誤動作,如圖35所示。
圖35:F3 電力切換異常停電事件單線圖

改善對策如表12所示,新竹廠務團隊已強化操作 SOP 中開關電流變化的判斷標準要量化及所有電力人員需重新訓練考核( 由兩位電力部門經理考核 )。
4.7 F3E 高壓盤保護電驛零相電流接地異常檢討
F3E APM 進行低壓盤 Auto Tie 測試時,C4A 變壓器激磁造成上游開關 N 相瞬跳動作 (Io>>)(50N)GCB 開關異常跳脫,當下檢查保護協調設定確認無誤。卻發現 C4A 的 GCB 電驛零相感測器雙邊接地,導致 Io 電流沒有經過保護電驛零相感測器,如圖36所示,所以 C4A 的 50N/51N不會動作,反而上游的開關異常跳脫;證實 C4A 保護電驛接線且錯誤電驛接地拆除後 Io>> 測試結果正確。
圖36:F3E 高壓盤保護電驛接地異常說明

4.8 F8 高壓 GCB 開關投入後指示位置異常與處理經驗分享
F8 APM 復電切換後檢查各系統發現 HV-24M GCB 高壓開關投入狀態與指示位置不一致,當下負載電流正常,研判開關已正常投入,但開關投入之電氣訊號與機械指示位置皆指示在啟斷位置,隨即調度 CUP 區域迴路進行並聯操作,並切換該迴路停電後安排此 GCB 檢查維修,拆卸後發現該 GCB 內部開關狀態連動桿 C 型扣環失效彈出使連桿脫落,導致機械指示牌與電氣輔助接點因重力垂落,故指示在啟斷位置,如圖37所示,當下無同型料件替換,當下聯繫友廠 (F12P3) 調借 GCB 備品 (ABB HPA 24KV 1250A GCB) 進行調換,因本次事件為台積首發案例,處理完畢後同步提報 APM 專案將本機構檢查納入標準點檢項目,以確保避免再發。
圖37:F8 高壓 GCB 開關狀態連桿指示異常說明

5.結論
依據 FAC Power APM Ground Rule,本次執行中型 APM並如期結束,順利完成F6 廠區變電站保養以及異常改善。比照以往的歲修模式,這次首次加入緊急電變電站的備援操作,突顯了六 / 八吋廠電力系統的獨特性,雖然以備援方式完成停電保養,不過還是無法完全將二次側電源完全斷開,增加了保養的不安全性。這是老舊廠區低壓電力迴路的多樣性,經過這次 Lesson learnt 後,將與新工及 APM 專案團隊討論,開始規劃對緊急電迴路安全保養方式及風險最低的供電架構,讓緊急電變電站能有效、安全的保養。
除電力系統外,也完成許多系統的體質升級及異常改善,像是 UPW 前中後處理單元控制升級、HF49% 管路更新及控制電源備援導入,大幅改善廠務系統穩定度及品質, SEX 的主管鏽蝕更透過這次 APM,修復 10 組大型管路、 35 組彎頭管件,修復總長超過 50 米,順利改善廠區長久宿疾及隱疾。
最後,感謝 APM 專案團隊及支援同仁不辭辛勞在電力切換及保養作業上強力支援,讓 APM 可以準時於 21:00 順利復電並交回線上。
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)
- TOSHIBAVCB 斷路器原廠細部保養手冊
- 士林 MTR 原廠設備保養手冊
- 亞力 XTR 原廠設備保養手冊
- 士林 oil TR 原廠設備保養手冊
- 盛英 XTR 原廠設備保養手冊
- ABB 高低壓保護電驛設備保養手冊
- 耐德 Relay 原廠安裝及設定手冊
- HitecDUPS 原廠保養手冊
- F2&5/F3/F3E/F6/F8 竣工資料
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