随着电力系统的发展和土地资源的日益紧张，同塔四回输电线路被越来越多的应用。同塔四回输电线路各线间存在的复杂耦合，以及换位困难导致的参数不对称性，都给线路的阻抗矩阵解耦、故障分析以及保护整定带来了极大困难。因此，需要对其相模变换进行分析，在完全解耦的基础上进行故障计算，从而为同塔四回输电线路的运行、保护和测距研究提供技术支撑。本文是作者在就读硕士研究生期间，对同塔四回输电线路相模变换和故障分析的研究总结，主要成果包括：（1）针对参数不对称同塔四回输电线路的结构特点，提出十二序分量法的优化模型即零序四分量法，通过在零序量中单独引入同向量和环流量，解决了原有相模变换方法对其阻抗矩阵不能有效解耦的问题，并推导出相应的修正系数。在此基础上，给出参数不对称同塔四回输电线路的故障分量序网图。（2）结合参数不对称同塔四回输电线路的单回线故障边界条件，对单回线单相接地故障、两相接地故障、两相短路故障以及三相短路故障分别进行分析，给出相应的复合序网图。大量仿真和计算结果表明故障电流计算精度得到有效提高。（3）对参数不对称同塔四回输电线路的各种跨线故障，根据边界条件的不同，分别提出复合序网法和解方程组法两种分析方法，并以某些典型跨线故障为例进行了故障分析。仿真结果验证了跨线故障分析结果的正确性。（3）提出基于零序四分量法的接地距离保护方案。将基于零序四分量的补偿系数应用于零序电抗继电器，用以消除平行线路间互感对接地距离保护的影响。仿真结果表明，新方案的保护范围不受零序电流互感的影响，且抗过渡电阻性能优异，具有良好应用前景。最后，综合全文进行总结，并指出研究中有待解决的问题及进一步研究的方向。