随着我国坚强智能电网战略的不断推进,超(特)高压电网建设也加快了推进步伐。因此,电网的安全稳定运行对继电保护的动作速度提出了更高的要求。传统的输电线路纵联电流差动保护由于动作灵敏、能够可靠地保护线路的全长,不受系统振荡和运行方式变化的影响,因此得到了广泛应用。但是,由于它是基于工频故障信息的,动作速度较慢,且受电流互感器饱和及过渡电阻、线路分布电容等因素影响,难以适应超(特)高压、长距离输电技术发展的需要。因此,国内外学者提出了基于故障暂态电气量的超高速继电保护方案,其中行波差动保护是一个重要的研究领域。行波差动保护利用线路两侧方向电流行波的差值构成保护判据,动作速度极快,且不受过渡电阻、分布电容、系统振荡、电流互感器饱和、母线结构等因素的影响,具有很大的实用价值。本文在前人研究成果的基础上,围绕行波差动保护特征量的选取、利用、去噪、适用范围等问题开展研究工作。本文的主要研究内容和取得的成果包括如下几个方面。1、系统地研究了超(特)高压输电线路的波过程。首先研究了单相分布参数导线的波动方程及其在给定边界条件下的解析解,探明了行波在输电线路上的传播规律,以及在波阻抗不连续点(即母线处)行波的折反射规律。然后,将单相导线波过程演绎到三相输电线路的情况,引出了相模变换概念。在分析了常用相模变换(克拉克变换和凯伦贝尔变换)存在问题后,导出了一种新的相模变换方法及相模变换矩阵。利用该方法进行相模变换后,所获得的任意一种线模量(1模量或者2模量)都能够反映任何类型的故障。凯伦贝尔相模变换和克拉克相模变换中的任意一种线模量不能反映所有类型的故障,在构造保护算法时,不得不同时采用两种线模量(1模和2模),因此使得保护的计算量增大。采用本文导出的新型相模变换方法,只需要应用一种线模量来构造行波保护算法,因此减少了计算工作量,提高了保护的动作速度。本文还提出了选用较大的线模量构造保护算法的方法,即虽然本文导出的新相模变换方法可以只用一种线模量,但是应该选用较大的线模量以提高保护的灵敏性。具体方法是：当故障选相元件给出的是BG、BC、AB等三种故障类型时,应选用1模量；当选相元件给出的是AG、CG、CA等三种故障类型时,应选用2模量；而当故障选相元件给出的是BCG、ABG、CAG及ABC等四种故障类型时,应比较1模量和2模量,选用较大者。2、为了解决行波信号的去噪问题,本文系统地研究了形态学滤波器和形态梯度算法。本文从集合论的角度研究了形态学基本运算——腐蚀和膨胀的运算规律及其对结构元素的要求,强调为了行波保护准确地提取到行波波头到达母线的时间,结构元素的几何中心必须选择在原点。然后,分别研究了形态开-闭滤波器和形态闭-开滤波器、形态交替组合滤波器、多分辨率形态滤波器以及形态梯度算法,在此基础上,选择了一种结构元素长度线性增长的多分辨交替组合滤波器作为前置滤波器,并且利用交替组合滤波输出结果构成的抗噪形态梯度算法作为提取方向行波突变时刻的工具。3、在总结前人研究成果的基础上,提出了利用保护安装处的线模方向电流行波波头的积分值作为保护的特征量,以线路两端特征量的差值来构成行波差动保护的动作判据的方法。以500kV电网为例,通过对被保护线路内、外部发生经各种过渡电阻发生各种类型短路情况的大量仿真计算,验证了所提出的行波差动保护方案的正确性和有效性。4、由于超(特)高压输电线路为了解决工频过电压、运行电压过高、单相重合闸期间潜供电弧熄灭等问题,往往会在线路两端安装中性点带小电抗的三相并联电抗器。为了探究本文提出的行波差动保护方法是否适用于带并联电抗器的输电线路,研究了带并联电抗器的输电线路在内外部发生短路故障时,行波在跨越并联电抗器安装点前后的传播规律,从理论和仿真计算两方面证明了本方法适用于带并联电抗器的输电线路。