为节约输电走廊并提高输送容量,地区电网中开始推广架设同塔四回输电线路,这也对继电保护提出了新的要求。不同于传统架空输电线路,同塔四回线的电磁耦合关系极为复杂,故障期间存在电气联系与磁耦合的竞争关系,随故障条件的改变,电磁竞争状态也会发生变化,这给继电保护工作的开展带来了极大的困难。从统计到的事故来看,零序互感和跨线故障是影响保护装置不正确动作的两大因素。一方面,由于地区电网中现有的同塔四回线大多为改造线路,零序互感参数实测存在困难,整定计算中只能对互感作忽略处理或根据经验粗略估算,从而降低了整定计算的精度,这是当前继电保护工作中的薄弱环节之一。另一方面,同塔四回线中跨线故障种类繁多,而现有的继电保护装置大多参照单回线单端电气量构造判据,无法准确应对跨线故障带来的挑战,这是当前继电保护工作中的另一个薄弱环节。工程现场中,距离保护(相间距离、接地距离)在架空输电网络中重要性非常高且应用广泛,但保护侧感受到的测量阻抗在零序互感和跨线故障的影响下,容易偏离线路阻抗的实际值造成不正确动作。此外,目前并未有专门的评价体系对保护系统的安全性进行多维度立体地评估,难以集中全面地发现保护系统中存在的各种问题。因此,亟需针对地区电网同塔四回输电系统中继电保护的薄弱环节展开研究,以响应经济高速发展和电网安全稳定运行的共同要求。针对同塔线路中零序参数的规律研究,本文首先研究了土壤电阻率、杆塔结构、呼高及弧垂等因素变化对同塔线路中零序参数的影响规律。研究表明,除公认的土壤电阻率外,杆塔结构亦对同塔线路的零序参数有显著影响。对于同塔四回线路中靠近大地的回线,其零序自电抗值要明显大于靠近架空地线的回线。在此基础上,探讨了同塔输电线路零序互感/自感比值随土壤电阻率的变化规律,进而提出了一种根据电压等级和杆塔结构的零序互感预估方法。PSCAD仿真验证了利用细分比值估算同塔多回线路零序互感的良好鲁棒性,其计算精度满足工程要求。针对相间距离保护的研究,本文着眼于同塔线路中相间距离保护的安全性,首先对共端线路发生跨线故障的特殊性进行了分析,进而结合故障下的零序附加网络,推导了不同跨线情形下相间测量阻抗的表达式,并以此为基础对相间距离保护的动作特性进行了分析。研究发现,故障线路中的健全相在邻线同名故障相的影响下,会与本线故障相共同表现出“相间短路”的故障特征,其相间测量阻抗与故障位置之间表现为过原点的一次函数关系,极易引起相间距离保护误动作于健全相,造成“一相故障,一回线被切除”的严重后果。基于实际220/110kV同塔四回线参数,在PSCAD中建立了对应的线路模型,对理论分析结果进行了验证。最后,给出了相应的保护应对措施。针对接地距离保护的研究,本文首先对同塔四回线中测量阻抗的表达式进行了推导,指出测量阻抗随故障位置的变化存在非线性变化的可能,并对非线性现象进行了初探。在此基础上,探讨了故障相测量阻抗非线性变化的产生机理、测量阻抗非线性变化时接地距离保护动作的情况,以及特殊跨线故障下测量阻抗的激增行为。最后,从工程实用化的角度出发,分析了现场中影响非线性变化规律的主要因素,研究了电源强弱组合、线路潮流以及同塔架设比例对测量阻抗非线性变化现象的影响规律。针对保护系统安全性评估平台的研究,本文设计了一种同塔四回输电线路保护性能评估系统,其主体结构涵盖当前同塔四回输电线路的所有架设形式,并能灵活可调以适应实际线路结构。输入线路结构参数、接入电网信息等数据后,系统自动进行故障扫描,根据各种故障情形下保护的动作情况加权计算出对应的保护性能评估值,给出最恶劣情况下保护系统的安全性评估结果,实现对保护整定的合理性、新型保护原理或对策的实用性、系统运行及线路检修方式的安全性等进行合理评估。