受高阻接地故障、过零点故障和高频噪声等因素的影响，行波波头检测困难，导致行波保护和故障定位方法可靠性不高。由于故障行波具有全时频特性，检测一定时间窗内时频域行波波形将包含全景故障信息，从而实现故障特征可观测。融合故障行波时频域信息，提出了基于全波形信息的故障行波表现形式。在此基础上，提出了一种基于变分模态分解（VMD）和Wigner-Ville分布（WVD）的行波时频分析方法。对故障行波进行VMD分解，得到多个单一成分的固有模态分量。利用Wigner-Ville分布分解各固有模态分量，将分解结果线性叠加即可得到行波时频域波形，即行波全波形。利用该方法对模拟和实测行波信号进行分析，结果表明：该方法具有良好的噪声抑制作用，同时具有较高的时频分辨率和聚集性，实现了行波全波形的真实、准确提取。应用于1:1真型配电网实验平台中，可实现准确故障定位，且不受高阻接地故障、过零点故障、噪声干扰和采样率等因素的影响，有望大大提高行波保护和故障定位方法的可靠性。