母线是电网中输电线路交汇连接的枢纽,一旦发生故障必须以极快的速度切除,否则将会引起事故扩大,甚至破坏电力系统的稳定运行。传统的母线保护反映于工频故障信息,动作速度较慢且易受电流互感器饱和等因素的影响,难以满足电网规模的日益扩大和电压等级的不断提升对母线保护的动作速度提出的更高要求。基于暂态电气量的超高速保护利用的是故障后几毫秒内的故障暂态信息,能在一定程度上克服现有保护存在的困难。　　本文从故障行波信号的产生出发,通过单相导线波动方程在给定边界条件下的解析解阐释了行波信号传播的基本规律,并推广到三相系统描述了三相导线的波动方程的数学表达式,随之由三相导线波动方程的解耦引出相模变换的概念。针对常用的相模变换矩阵无法利用单一线模量表征所有故障类型而造成在母线保护算法中必须同时采用两种线模量构造判据,使得保护计算代价增大的不足,给出了一种新的相模变换矩阵。新的相模变换矩阵使得只使用一种线模量构造算法成为可能,因此有效减小了保护算法的计算量。　　行波保护中需要对行波信号中的噪声干扰进行滤除以保证算法的可靠性与精确性。基于数学形态学的数字滤波器运算简单,计算量小,非常适合于作为超高速保护的滤波工具。探讨了形态开滤波器、形态闭滤波器、形态交替滤波器、形态交替混合滤波器与广义形态滤波器的滤波性能,通过仿真实验表明了形态学滤波器对随机白噪声和脉冲噪声的良好去噪能力,并在此基础上确定了一种计算量相对较小的结构元素尺寸线性递增的广义形态交替混合滤波器作为前置滤波单元。　　本文通过提取电流行波波头的极性与故障后一小段时间窗内的能量来构造母线保护的判据,以实现对被保护母线内、外部故障的判别。通过在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建模型对各种故障情况进行了仿真,并在 Matlab环境中编程对基于行波极性比较和能量比较的保护方法进行了广泛的测试实验。数字仿真实验结果表明,该方法能够正确有效的判别出母线的区内、外部故障,且不受过渡电阻、故障类型、小故障初始角等因素的影响。