实践证明对于220kV及以上的短线路,其输送能力决定于无功损失及导线发热条件,可大于自然功率输送。长距离输电线路,由于受到线路的静态稳定和暂态稳定的制约(线路越长稳定性越差),往往达不到自然功率,需要采取提高稳定性的措施来提高自然功率,如采用串联电容补偿技术,可缩小电气距离;灵活交流输电技术(FACTS,又称柔性输电技术),是利用电力电子装置对现有电网进行灵活控制以提高电网输送能力的方式;动态无功补偿技术(SVC),可改善电网无功的调节特性;紧凑型线路输电技术可减少线路的波阻抗;采用大截面耐热导线或增加分裂导线数量,可增加导线的通流面积和电流密度等[6]。即使是采取以上提高线路自然功率的技术措施,线路的输送能力也不可能大幅度成倍提升,线路也不能无限止延长。因为线路的输送能力与线路的输送距离成非线性的函数关系,一般输送距离超过400km,输送能力开始低于自然功率,随着线路的延长,输送能力下滑速度加快,这与线路越长稳定性越差有关。
另外,由于线路的充电功率与输电线路所加电压的平方成正比,而且与输电线路输送的功率有关。当线路负荷与自然功率相等时,由负荷电流所引起的无功功率损失等于线路电容所产生的无功功率(又称充电功率),此时为完全补偿,成为无损耗传输。当线路输送功率大于自然功率时,线路的无功功率损失大于线路产生的无功功率,线路中电压降落将增大,因此,需要从线路两端输入无功功率进行补偿。当线路输送功率小于自然功率时,充电功率使线路电压升高,必要时,需要采取补偿措施,如线路两端装设并联电抗器,以抑制线路的工频过电压。
因此,高压线路在各种不同运行方式下的调压和无功功率补偿问题成为一个重要而复杂的技术问题。对于特高压线路来讲,这个问题更为突出,因为1000kV交流输电线路单位长度的充电功率是500kV交流输电线路单位长度充电功率的5倍,约为530Mvar/100km左右,如果真的要输送2000km,充电功率就是10600Mvar左右,超过线路的自然功率5000MW的2倍多,线路的无功大大大于有功,工频过电压高到难以承受,虽然线路两端和中间都可以装设特高压并联电抗器,来补偿(吸收)线路的充电功率,抑制线路的工频过电压,至少平均每400~500km设1座变电站或开关站装设1组高补偿特高压并联电抗器,前后至少共需要装设5~6组,增加了投资和技术难度,而且目前的特高压并联电抗器都不是可控电抗器,不可能得到合理、有效、及时的补偿,效果不理想。1000kV可控的并联电抗器在理论上有,见文献[7],实际上制造不出来。国外有750kV级的可控并联电抗器,但可靠性不高,一旦失控,后果不堪设想。
同时线路上流动的大部分是用来补偿充电功率的无功电流,正常的有功电流难以通过,使线路的输电能力大大低于自然功率,因此,特高压交流输电距离将受到充电功率的限制。如前苏联的1150kV特高压线路,加装了100%的并联电抗器进行补偿,负荷也只能带到160万kW。这有些类似于交流电力电缆中的电容电流要占用芯线的载流能力一样, 交流电力电缆相当于一台三相电力电容器,电缆线路越长电容量越大,当电缆线路过长时,芯线中的电容电流等于电缆所允许的负荷电流时,则芯线的全部负荷能力被电容电流所占用,此时该电缆已不可能传送交流电能,因此交流电力电缆的输送距离将受到电容电流的限制,否则需要增加芯线的截面积或加装补偿器(相当于并联电抗器)
由于特高压线路没有大容量发电机组直接的电压支撑,线路的电压随负荷的变动而大幅度的波动更为明显,系统稳定性就难以得到保证。如果负荷侧因故障跳闸,线路在充电功率的作用下,产生数倍于额定电压的工频过电压或谐振过电压,极其危险,过电压会给线路的稳定性带来负面影响。