机房环境引起通信电源故障的案例分析

1 引言

近年来IDC机楼建设得如火如荼，但由于通信机房环境超标问题而引起电源和设备故障时有发生，然而却被人们所忽视。本文根据某A级通信机房环境条件超标而引起的电源故障案例进行了详细的分析和探讨，希望能引起通信机房维护人员对机房内环境条件的足够重视。

2 开关电源设备故障情况

现场了解和查勘，该大楼内防雷电设施完善，室内地线系统施工规范，机房周围也无大功率电磁干扰源，静电感应电压也符合规范要求。而当时虽然是阴天，但未有电闪雷鸣现象发生。

3 故障原因分析

3.1 电源故障原因的分析

现场抢修人员发现该开关电源整流器交流供电虽然很正常，但直流输出电压不稳定，整流模块不断脱出服务；检查设备发现监控模块有故障，复位后仍然不能正常工作，立即将监控模块脱离，让整流模块独立工作后，21点55分检查开关电源设备输出电压指标正常，现场观察电源设备运行2小时后，确认电源设备工作稳定。说明开关电源的整流模块没有问题，而是监控模块的故障才引起整流模块反复瞬间重启、电压降低、欠压等故障，才导致蓄电池反复充放电现象。那么监控模块为何发生反复重启故障呢？

3.2 机房环境条件的影响

根据现场周围环境调查情况：①关于温度，机房温度22～25℃符合规范要求，可以排除温度因素；②关于电磁和雷电感应影响，该机楼周围无大功率电磁干扰源，可以排除电磁干扰影响的因素；该机楼防雷设施也比较齐全和完善，机房内地线系统也施工规范，完全符合规范要求，即使在南方雷电比较频繁，但该机房内故障现象也不完全具备雷电影响的特征，雷电影响基本都是一两次，并伴随有强烈的雷鸣电闪现象，而当时天气并未发生大的雷电现象；而此次故障现象则是上百次，且都是不断地发生重启故障，因此完全可以排除雷电电磁感应的影响；该机房内的静电感应电压也比较低，仅有几十伏，远没有达到200 V的绝对值规范要求，因此也可以排除静电感应影响的因素；③关于湿度，该机房内相对湿度比较高，超过了GB国标和行标都对A级通信机房内相对湿度最高70%的上限要求，因此这应该是引起该机房内电源多次重启故障的主要原因之一；④关于洁净度，该机房内近期由于刚刚进行过天馈线走线架的施工任务，由于施工方在施工期间并未对相关设备做防尘处理措施，导致机房内灰尘比较大，且施工地点就在该开关电源设备上方，造成该开关电源设备上落有很大的灰尘，如图1所示，这应该也是造成该机房内电源多次重启故障的最主要原因之一。

3.3 监控模块的故障分析

根据以上机房内环境条件的分析可知，该机房内引起开关电源设备不断发生重启故障的直接原因极有可能就是机房内的相对湿度超标和施工时所造成的电源设备上的大量灰尘共同原因所致。这是由于当电源设备上及监控模块电路板上降落有大量灰尘落时，在监控模块的精密电路板卡的电路之间就会有灰尘的大量存在，这些大量灰尘其一有可能带正负电荷，破坏和影响了监控模块精密电路之间的绝缘强度；其二堆积在监控模块精密电路之间的这些大量灰尘就会吸纳大量空气中的水分子，从而降低这些精密电路板卡电路之间的绝缘强度，瞬间放电。尤其在南方地区，3月初是雨季，天气湿度极大，室外相对湿度往往都可以达到80%～98%，机房内相对湿度也比较高，达到80%也屡见不鲜，如图2所示。

若机房相对湿度长期很高时，潮湿的空气还会对电路板卡中的电容耐压和相关参数产生严重影响，空气中的水汽容易凝聚在电容器外壳表面形成水膜，可使电容器的表面绝缘电阻下降，此外，湿度过高时，水分子还可渗透到电容器介质内部，当水汽进入芯包后，导致金属化膜发生电晕氧化现象，进而使电容容值衰减、电容器介质的绝缘电阻绝缘能力下降，当电源设备的监控电路板上降落有大量灰尘后，这些灰尘就会吸收潮湿空气中的水分子，从而更进一步造成监控模块的电路板上的电路之间绝缘强度进一步下降，从而导致监控模块瞬间出现故障，极限情况下，会导致电容金属膜绝缘击穿失效后发热冒烟起火等故障现象；当监控模块电路板上放电后，监控模块电路板的温度就升高了，监控模块电路板瞬间又很快便干燥了，精密板卡电路之间的绝缘强度随之也提高了，因此监控模块又恢复正常工作了，从而就出现了重新启动电源整流模块的现象；等过段时间又由于空气的湿度的再次侵入，又会使监控模块电路板电路之间的绝缘强度再一次又下降，又重复出现上述的短路故障现象的发生，于是就出现了上述每隔一分钟就不断发生重启的故障现象，其原理如图3所示。

图3 相对湿度和灰尘引起设备重启故障原理示意

笔者家里曾经装修时，忘记把液晶电视做防尘措施处理，结果大量灰尘落入液晶电视里面的电路板上，到了空气潮湿季节，液晶电视机就莫名其妙地自动重启和关机故障。后请来厂家维修人员把液晶电视机里面电路板卡上的灰尘吹干净后，此类故障亦随之消除。这也充分说明电子电路板卡上的积尘在潮湿的季节会更加明显地影响电子电路板卡上电路之间的电气绝缘性能。

3.4 有关问题进一步探讨

需要更进一步说明的是：灰尘不仅仅会引起电源设备的监控模块和整流模块电路板卡的瞬断、重启故障现象，而且对IP数据设备的板卡也同样会产生瞬断、重启、误码率高等故障现象，对于光纤通信系统，还会造成光端机接口衰耗的增大，误码率增大等故障现象。

4 国标GB和行标对通信机房环境条件的要求

在我国相关国标和行标GBT 2887-2011、YDT 1821-2018、GB/T 50378-2019、YDT 1821-2018、YD 1712-2007等规范和标准中，对各类通信和IDC机房的环境要求如下。

①各类通信和IDC机房内对洁净度的要求。

在A、B、C、D各类通信和IDC机房内不应有导电的、铁磁性和腐蚀性的粒子，其浓度应满足直径大于0.5μm的灰尘粒子浓度<18 000粒/升。对通信设备有腐蚀性的气体和对人身有害的气体以及易燃易爆的气体，应防止流入机房内。

②有冷热通道隔离各类通信和IDC机房内对温、湿度的要求如表1所示。

表1 有冷热通道隔离各类通信和IDC机房内对温、湿度的要求

无冷热通道隔离或设备无进风口机房内对温、湿度的要求如表2所示。

表2 无冷热通道隔离或设备无进风口机房内对温、湿度的要求

③A、B、C、D各类通信和IDC机房内的静电感应电压要求。

静电感应电压绝对值不超过│200 V│。

④A、B、C、D各类通信和IDC机房内电磁场干扰要求。

按照GB/T 2887-2011中4.6.5条要求。

无线电干扰环境场强：机房内无线干扰磁场，在频率范围0.15 ～1 000 MHz时不大于126 dBμV

磁场干扰场强：机房内磁场干扰场强不大于800 A/m（相对于100 e）。

5 结语

根据以上分析和探讨，造成该机楼机房内的开关电源故障的原因应该是该机房内开关电源设备附近在天馈线走线架在施工时，未采取防尘措施，而在机房内施工地点附近的电源设备（包括整流监控模块）上降落大量灰尘而引起监控模块电路板卡上绝缘强度下降，尤其在南方进入空气潮湿的3月初期的雨季里，机房相对湿度增大，降落在这些电源设备的监控模块电路板卡上的灰尘吸收大量空气中的水分子后，更进一步降低了电源设备和监控模块电路板卡上的绝缘强度，从而引发了电源设备监控模块的瞬断故障；当监控模块放电产生热量后，监控模块电路板卡上的热量又将电路板卡重新变得干燥，监控模块工作正常，电源整流模块也工作正常；然而由于在机房内的相对湿度仍然很高，监控模块电路板上的灰尘依然存在，因此当湿空气中的潮湿空气再次入侵到监控模块电子电路板卡上，又重新导致监控模块电路板卡上绝缘强度又一次降低，从而又一次次地造成监控模块不断发生瞬断重启故障，最终引起电源设备整流模块一次次地不断发生重启故障。

建议各类通信机房要严格按照国标GB和行标中对通信机房环境条件的要求严格执行，确保通信机房内“三度达标”（温度、湿度、洁净度）和静电感应电压及电磁干扰值均达标，规范防雷接地机房消防系统，只有这样才能确保障各类通信机房里所有设备正常安全可靠地运行。