機房環(huán)境引起通信電源故障的案例分析

1 引言

近年來IDC機樓建設(shè)得如火如荼，但由于通信機房環(huán)境超標(biāo)問題而引起電源和設(shè)備故障時有發(fā)生，然而卻被人們所忽視。本文根據(jù)某A級通信機房環(huán)境條件超標(biāo)而引起的電源故障案例進行了詳細的分析和探討，希望能引起通信機房維護人員對機房內(nèi)環(huán)境條件的足夠重視。

2 開關(guān)電源設(shè)備故障情況

現(xiàn)場了解和查勘，該大樓內(nèi)防雷電設(shè)施完善，室內(nèi)地線系統(tǒng)施工規(guī)范，機房周圍也無大功率電磁干擾源，靜電感應(yīng)電壓也符合規(guī)范要求。而當(dāng)時雖然是陰天，但未有電閃雷鳴現(xiàn)象發(fā)生。

3 故障原因分析

3.1 電源故障原因的分析

現(xiàn)場搶修人員發(fā)現(xiàn)該開關(guān)電源整流器交流供電雖然很正常，但直流輸出電壓不穩(wěn)定，整流模塊不斷脫出服務(wù)；檢查設(shè)備發(fā)現(xiàn)監(jiān)控模塊有故障，復(fù)位后仍然不能正常工作，立即將監(jiān)控模塊脫離，讓整流模塊獨立工作后，21點55分檢查開關(guān)電源設(shè)備輸出電壓指標(biāo)正常，現(xiàn)場觀察電源設(shè)備運行2小時后，確認電源設(shè)備工作穩(wěn)定。說明開關(guān)電源的整流模塊沒有問題，而是監(jiān)控模塊的故障才引起整流模塊反復(fù)瞬間重啟、電壓降低、欠壓等故障，才導(dǎo)致蓄電池反復(fù)充放電現(xiàn)象。那么監(jiān)控模塊為何發(fā)生反復(fù)重啟故障呢？

3.2 機房環(huán)境條件的影響

根據(jù)現(xiàn)場周圍環(huán)境調(diào)查情況：①關(guān)于溫度，機房溫度22～25℃符合規(guī)范要求，可以排除溫度因素；②關(guān)于電磁和雷電感應(yīng)影響，該機樓周圍無大功率電磁干擾源，可以排除電磁干擾影響的因素；該機樓防雷設(shè)施也比較齊全和完善，機房內(nèi)地線系統(tǒng)也施工規(guī)范，完全符合規(guī)范要求，即使在南方雷電比較頻繁，但該機房內(nèi)故障現(xiàn)象也不完全具備雷電影響的特征，雷電影響基本都是一兩次，并伴隨有強烈的雷鳴電閃現(xiàn)象，而當(dāng)時天氣并未發(fā)生大的雷電現(xiàn)象；而此次故障現(xiàn)象則是上百次，且都是不斷地發(fā)生重啟故障，因此完全可以排除雷電電磁感應(yīng)的影響；該機房內(nèi)的靜電感應(yīng)電壓也比較低，僅有幾十伏，遠沒有達到200 V的絕對值規(guī)范要求，因此也可以排除靜電感應(yīng)影響的因素；③關(guān)于濕度，該機房內(nèi)相對濕度比較高，超過了GB國標(biāo)和行標(biāo)都對A級通信機房內(nèi)相對濕度最高70%的上限要求，因此這應(yīng)該是引起該機房內(nèi)電源多次重啟故障的主要原因之一；④關(guān)于潔凈度，該機房內(nèi)近期由于剛剛進行過天饋線走線架的施工任務(wù)，由于施工方在施工期間并未對相關(guān)設(shè)備做防塵處理措施，導(dǎo)致機房內(nèi)灰塵比較大，且施工地點就在該開關(guān)電源設(shè)備上方，造成該開關(guān)電源設(shè)備上落有很大的灰塵，如圖1所示，這應(yīng)該也是造成該機房內(nèi)電源多次重啟故障的最主要原因之一。

3.3 監(jiān)控模塊的故障分析

根據(jù)以上機房內(nèi)環(huán)境條件的分析可知，該機房內(nèi)引起開關(guān)電源設(shè)備不斷發(fā)生重啟故障的直接原因極有可能就是機房內(nèi)的相對濕度超標(biāo)和施工時所造成的電源設(shè)備上的大量灰塵共同原因所致。這是由于當(dāng)電源設(shè)備上及監(jiān)控模塊電路板上降落有大量灰塵落時，在監(jiān)控模塊的精密電路板卡的電路之間就會有灰塵的大量存在，這些大量灰塵其一有可能帶正負電荷，破壞和影響了監(jiān)控模塊精密電路之間的絕緣強度；其二堆積在監(jiān)控模塊精密電路之間的這些大量灰塵就會吸納大量空氣中的水分子，從而降低這些精密電路板卡電路之間的絕緣強度，瞬間放電。尤其在南方地區(qū)，3月初是雨季，天氣濕度極大，室外相對濕度往往都可以達到80%～98%，機房內(nèi)相對濕度也比較高，達到80%也屢見不鮮，如圖2所示。

若機房相對濕度長期很高時，潮濕的空氣還會對電路板卡中的電容耐壓和相關(guān)參數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，空氣中的水汽容易凝聚在電容器外殼表面形成水膜，可使電容器的表面絕緣電阻下降，此外，濕度過高時，水分子還可滲透到電容器介質(zhì)內(nèi)部，當(dāng)水汽進入芯包后，導(dǎo)致金屬化膜發(fā)生電暈氧化現(xiàn)象，進而使電容容值衰減、電容器介質(zhì)的絕緣電阻絕緣能力下降，當(dāng)電源設(shè)備的監(jiān)控電路板上降落有大量灰塵后，這些灰塵就會吸收潮濕空氣中的水分子，從而更進一步造成監(jiān)控模塊的電路板上的電路之間絕緣強度進一步下降，從而導(dǎo)致監(jiān)控模塊瞬間出現(xiàn)故障，極限情況下，會導(dǎo)致電容金屬膜絕緣擊穿失效后發(fā)熱冒煙起火等故障現(xiàn)象；當(dāng)監(jiān)控模塊電路板上放電后，監(jiān)控模塊電路板的溫度就升高了，監(jiān)控模塊電路板瞬間又很快便干燥了，精密板卡電路之間的絕緣強度隨之也提高了，因此監(jiān)控模塊又恢復(fù)正常工作了，從而就出現(xiàn)了重新啟動電源整流模塊的現(xiàn)象；等過段時間又由于空氣的濕度的再次侵入，又會使監(jiān)控模塊電路板電路之間的絕緣強度再一次又下降，又重復(fù)出現(xiàn)上述的短路故障現(xiàn)象的發(fā)生，于是就出現(xiàn)了上述每隔一分鐘就不斷發(fā)生重啟的故障現(xiàn)象，其原理如圖3所示。

圖3 相對濕度和灰塵引起設(shè)備重啟故障原理示意

筆者家里曾經(jīng)裝修時，忘記把液晶電視做防塵措施處理，結(jié)果大量灰塵落入液晶電視里面的電路板上，到了空氣潮濕季節(jié)，液晶電視機就莫名其妙地自動重啟和關(guān)機故障。后請來廠家維修人員把液晶電視機里面電路板卡上的灰塵吹干凈后，此類故障亦隨之消除。這也充分說明電子電路板卡上的積塵在潮濕的季節(jié)會更加明顯地影響電子電路板卡上電路之間的電氣絕緣性能。

3.4 有關(guān)問題進一步探討

需要更進一步說明的是：灰塵不僅僅會引起電源設(shè)備的監(jiān)控模塊和整流模塊電路板卡的瞬斷、重啟故障現(xiàn)象，而且對IP數(shù)據(jù)設(shè)備的板卡也同樣會產(chǎn)生瞬斷、重啟、誤碼率高等故障現(xiàn)象，對于光纖通信系統(tǒng)，還會造成光端機接口衰耗的增大，誤碼率增大等故障現(xiàn)象。

4 國標(biāo)GB和行標(biāo)對通信機房環(huán)境條件的要求

在我國相關(guān)國標(biāo)和行標(biāo)GBT 2887-2011、YDT 1821-2018、GB/T 50378-2019、YDT 1821-2018、YD 1712-2007等規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中，對各類通信和IDC機房的環(huán)境要求如下。

①各類通信和IDC機房內(nèi)對潔凈度的要求。

在A、B、C、D各類通信和IDC機房內(nèi)不應(yīng)有導(dǎo)電的、鐵磁性和腐蝕性的粒子，其濃度應(yīng)滿足直徑大于0.5μm的灰塵粒子濃度<18 000粒/升。對通信設(shè)備有腐蝕性的氣體和對人身有害的氣體以及易燃易爆的氣體，應(yīng)防止流入機房內(nèi)。

②有冷熱通道隔離各類通信和IDC機房內(nèi)對溫、濕度的要求如表1所示。

表1 有冷熱通道隔離各類通信和IDC機房內(nèi)對溫、濕度的要求

無冷熱通道隔離或設(shè)備無進風(fēng)口機房內(nèi)對溫、濕度的要求如表2所示。

表2 無冷熱通道隔離或設(shè)備無進風(fēng)口機房內(nèi)對溫、濕度的要求

③A、B、C、D各類通信和IDC機房內(nèi)的靜電感應(yīng)電壓要求。

靜電感應(yīng)電壓絕對值不超過│200 V│。

④A、B、C、D各類通信和IDC機房內(nèi)電磁場干擾要求。

按照GB/T 2887-2011中4.6.5條要求。

無線電干擾環(huán)境場強：機房內(nèi)無線干擾磁場，在頻率范圍0.15 ～1 000 MHz時不大于126 dBμV

磁場干擾場強：機房內(nèi)磁場干擾場強不大于800 A/m（相對于100 e）。

5 結(jié)語

根據(jù)以上分析和探討，造成該機樓機房內(nèi)的開關(guān)電源故障的原因應(yīng)該是該機房內(nèi)開關(guān)電源設(shè)備附近在天饋線走線架在施工時，未采取防塵措施，而在機房內(nèi)施工地點附近的電源設(shè)備（包括整流監(jiān)控模塊）上降落大量灰塵而引起監(jiān)控模塊電路板卡上絕緣強度下降，尤其在南方進入空氣潮濕的3月初期的雨季里，機房相對濕度增大，降落在這些電源設(shè)備的監(jiān)控模塊電路板卡上的灰塵吸收大量空氣中的水分子后，更進一步降低了電源設(shè)備和監(jiān)控模塊電路板卡上的絕緣強度，從而引發(fā)了電源設(shè)備監(jiān)控模塊的瞬斷故障；當(dāng)監(jiān)控模塊放電產(chǎn)生熱量后，監(jiān)控模塊電路板卡上的熱量又將電路板卡重新變得干燥，監(jiān)控模塊工作正常，電源整流模塊也工作正常；然而由于在機房內(nèi)的相對濕度仍然很高，監(jiān)控模塊電路板上的灰塵依然存在，因此當(dāng)濕空氣中的潮濕空氣再次入侵到監(jiān)控模塊電子電路板卡上，又重新導(dǎo)致監(jiān)控模塊電路板卡上絕緣強度又一次降低，從而又一次次地造成監(jiān)控模塊不斷發(fā)生瞬斷重啟故障，最終引起電源設(shè)備整流模塊一次次地不斷發(fā)生重啟故障。

建議各類通信機房要嚴(yán)格按照國標(biāo)GB和行標(biāo)中對通信機房環(huán)境條件的要求嚴(yán)格執(zhí)行，確保通信機房內(nèi)“三度達標(biāo)”（溫度、濕度、潔凈度）和靜電感應(yīng)電壓及電磁干擾值均達標(biāo)，規(guī)范防雷接地機房消防系統(tǒng)，只有這樣才能確保障各類通信機房里所有設(shè)備正常安全可靠地運行。