关键词：特高压；OPGW光缆；雷击防护；结构优化；接地系统

摘 要：特高压输电线路作为能源输送的核心通道，其安全稳定运行与OPGW光缆的可靠传输密切相关。雷击是导致OPGW光缆故障的主要自然因素之一，特高压环境下的强电场、高感应电压等特性进一步加剧了雷击危害。本文结合OPGW光缆的结构特点与特高压线路的运行环境，分析雷击对OPGW光缆的破坏机理，探讨当前防护技术存在的问题，从优化光缆结构设计、改进外部防护装置、完善接地系统等方面提出针对性防护措施，为提升特高压环境下OPGW光缆的抗雷击能力提供参考。

引言

特高压输电技术凭借传输容量大、损耗低等优势，成为我国能源互联网建设的关键支撑。OPGW光缆兼具通信传输与架空地线功能，在特高压线路中广泛应用，其运行可靠性直接影响电力系统的调度通信与安全监控。特高压线路多穿越复杂地形，易遭遇雷击天气，雷击产生的过电压、电磁脉冲等会对OPGW光缆的光纤、金属构件造成损伤，引发通信中断甚至线路停运。现有防护措施在特高压强电场环境下难以充分发挥作用，雷击故障仍时有发生。因此，开展特高压环境下OPGW光缆雷击防护措施研究，对保障特高压输电线路安全稳定运行具有重要现实意义。

一、特高压环境下OPGW光缆雷击破坏机理

（一）雷击过电压的作用

特高压线路杆塔高度高、档距大，雷击概率显著高于普通输电线路。雷击时，雷电流通过杆塔或导线引入，在OPGW光缆上感应产生瞬时过电压。该过电压峰值高、上升速度快，当超过光缆绝缘耐受水平时，会击穿光缆外护套、绝缘层，导致光纤受潮、损耗增大，甚至直接断裂。同时，过电压还可能引发光缆金属芯线的电蚀现象，破坏光缆结构完整性。

（二）电磁脉冲的影响

雷击过程中释放的巨大能量会形成强电磁脉冲，其频率覆盖范围广，可通过辐射、传导等方式侵入OPGW光缆的通信系统。电磁脉冲会干扰光信号的传输质量，导致误码率上升，严重时会损坏光缆中的光收发模块、放大器等电子元件，造成通信系统瘫痪。此外，强电磁脉冲还可能引发光缆内部金属构件的电磁感应加热，加剧光缆的老化速度。

（三）机械应力的破坏

雷击产生的冲击波与电动力会对OPGW光缆施加瞬时机械应力。特高压线路中OPGW光缆的悬挂跨度大，在机械应力作用下，光缆可能发生过度拉伸、扭曲，导致光纤纤芯出现微弯、宏弯，增加传输损耗。若机械应力超过光缆的承受极限，还会造成光缆接头松动、断裂，引发线路故障。

二、OPGW光缆雷击防护现有问题

（一）防护结构设计适配性不足

现有OPGW光缆的结构设计多基于普通电压等级线路的需求，未充分考虑特高压环境下的强电场、高感应电压特性。例如，部分光缆的外护套绝缘强度、金属芯线截面积等参数选择不合理，难以抵御特高压环境下的雷击过电压与电蚀作用。同时，光缆的抗电磁干扰设计较为薄弱，对雷击电磁脉冲的屏蔽效果不佳。

（二）外部防护装置效果有限

当前应用的避雷针、避雷线等外部防护装置在特高压线路中存在防护盲区。特高压杆塔高度高，避雷针的保护范围难以完全覆盖光缆全线，且避雷线的引雷效果受线路走向、地形条件影响较大。此外，部分防护装置的安装位置不合理，未能有效引导雷电流泄放，反而可能增加光缆遭受雷击的概率。

（三）接地系统性能不佳

接地系统是雷电流泄放的关键，但特高压线路途经区域的土壤电阻率往往较高，导致接地电阻偏大，雷电流难以快速消散。部分杆塔的接地装置设计简陋，接地体埋深不足、布置不合理，进一步降低了接地系统的泄流能力。接地系统性能不佳会导致雷击时杆塔电位升高，引发反击电压，击穿OPGW光缆的绝缘层。

三、特高压环境下OPGW光缆雷击防护优化措施

（一）优化OPGW光缆结构设计

增强光缆绝缘性能，选用耐高压、抗电蚀的外护套材料，如交联聚乙烯、聚氯乙烯等，并适当增加外护套厚度至 3-5mm ，通过多层绝缘结构设计提升绝缘耐受水平，可有效抵御瞬时过电压的击穿作用。合理设计金属芯线参数，根据特高压线路雷击电流等级（通常为20-100kA ），选择截面积不小于 120mm² 的铝包钢线、镀锌钢线等作为加强芯，既提升抗电蚀能力，又增强机械承载性能。增加电磁屏蔽层，在光缆内部设置双层金属编织网与铝箔复合屏蔽结构，屏蔽层覆盖率不低于 95% ，通过两端及中间多点接地形成闭合屏蔽回路，可将雷击电磁脉冲的干扰衰减40dB以上。优化光纤布局，采用松套缓冲结构，在光纤纤芯与金属构件之间填充弹性缓冲材料，减少机械应力传递，降低光纤微弯、宏弯损耗。

（二）改进外部防护装置配置

科学布置避雷针与避雷线，结合特高压杆塔的结构特点，采用顶部主避雷针与侧部辅助避雷针组合设计，主避雷针高度不低于杆塔顶部 5m ，辅助避雷针对称布置于杆塔两侧，确保光缆全线处于保护角 ⩽25^∘ 的有效防护区域内。优化避雷线的架设位置与方式，采用双避雷线对称布置，避雷线与光缆的水平间距控制在 1.5-2m ，垂直间距不小于 0.8m ，提升引雷效率，引导雷电流沿避雷线泄放。加装线路避雷器，在光缆接头盒、终端头及跨越高山、峡谷等雷击高发区段，每 2-3km 安装一组金属氧化物避雷器，其额定电压匹配特高压线路运行电压，通流容量不低于65kA，可快速钳制雷击过电压，保护光缆绝缘层与内部电子元件。

（三）完善接地系统设计

优化接地体布置方式，针对高土壤电阻率区域（土壤电阻率 >1000Ω⋅m ），采用深井接地技术，接地井深度不小于 30m ，配合敷设扩径接地体与高效降阻剂，可使接地电阻降至 10Ω 以下。增加接地体的埋深与长度，水平接地体埋深不小于 0.8m ，总长度不低于杆塔高度的1.5倍，采用放射状与环形组合布置，扩大接地体与土壤的接触面积，提升泄流能力。加强接地系统的防腐处理，选用热镀锌或镀铜接地材料，接地体连接处采用压接工艺并涂刷防腐涂料，定期对接地装置进行检测与维护，每2-3年开展一次接地电阻测试与防腐层检查，确保其长期稳定运行。实现光缆金属构件的可靠接地，将OPGW光缆的金属加强芯、屏蔽层等通过专用接地夹与杆塔接地系统有效连接，接地引下线截面积不小于50mm² ，形成统一的接地网络，加速雷电流泄放。

（四）强化运行维护与监测

建立健全雷击防护监测体系，在特高压线路关键区段、雷击高发区安装雷电定位监测装置与光缆在线监测系统，实时采集雷击时间、位置、电流幅值等参数，以及光缆的光功率、损耗、绝缘状态等运行数据，通过远程通信网络传输至监控中心，实现故障隐患的早期预警。定期开展光缆雷击防护专项检查，每年春季雷雨季节来临前，对光缆外护套、接头盒密封性能、接地装置连接状态、外部防护装置完整性等进行全面排查，对老化、破损部件及时更换，对松动的连接部位进行紧固处理。加强线路通道维护，清理光缆周边 10m 范围内的高杆植物、杂物及易燃易爆物品，避免雷击时引发二次灾害，同时减少树木等对雷击电场的畸变影响，降低光缆感应过电压风险。

结语

特高压环境下OPGW光缆的雷击防护面临诸多挑战，雷击过电压、电磁脉冲与机械应力等因素共同威胁着光缆的安全运行。现有防护措施在结构设计、装置配置与接地系统等方面存在不足，难以完全适应特高压线路的运行需求。通过优化光缆结构设计、改进外部防护装置、完善接地系统与强化运行维护等综合措施，可有效提升OPGW光缆的抗雷击能力。未来还需进一步开展技术研究，结合新型材料与智能监测技术，持续优化雷击防护方案，为特高压输电线路的安全稳定运行提供坚实保障。

参考文献

[1]邓月，李树辰，王颖，等.OPGW光缆“零”中断在线监测预警系统[C]//中国电机工程学会电力通信专业委员会第十三届学术会议论文集.2022.

[2]孔凡义，刘文利，刘营，等.特高压电网变电站光缆附件接地保护系统装置：CN202022307294.6[P].CN213782711U[2025-12-15].