随着城市化的快速推进,电力电缆因其敷设简单、安全性高、常埋于地下不占地面空间等优点广泛应用于电力网络中。虽然电力电缆优点众多,但由于电缆网络存在分支,结构复杂,一旦发生故障,便很难及时准确地定位出故障位置,而由此带来的电力中断也会给社会生活带来极大的影响。传统定位方法大多为离线检测方式,多用于已发生故障且停止运行的电缆故障定位中,这便无法避免因停电带来的损失,而目前所研究的在线检测方式则是采用电缆芯线上的暂态故障行波进行故障定位。此种方式安全性较低,并且仅针对单一电缆,无法适用于含有分支的复杂电缆网络在线故障定位。因此,需要一套安全、有效的故障定位方案以及检测设备用于电缆分支网络在线检测。电力电缆为多层金属导体线路,线路产生的暂态故障信息在金属护层上也有体现。因此,本文在研究电缆分支网络拓扑结构以及护层电流产生机理的基础上,提出了一种利用电缆分支网络各个终端暂态故障护层电流行波时间差关系的故障定位方案,且针对实际采集信号存在噪声的问题,设计了信号检测系统,实现了暂态护层电流信号的采集、去噪及波头识别,主要工作如下:首先,介绍了电缆分支网络故障定位技术的国内外研究现状和行波波头识别技术,对护层电流的特性以及电缆分支网络的拓扑结构进行了分析与研究。阐述了不同电压等级下的电缆结构,并建立了电缆分布式参数模型,研究了行波的传输特性。针对电缆金属护层不同接地方式,建立了高压单芯电缆双端接地以及交叉互联接地系统的等效电路模型,研究了护层电流的产生机理与传播特点。并根据实际城市配电网络建立了含有T型接头的电缆分支网络拓扑模型,分析了电缆分支网络各个终端的行波时间差与故障距离的数学关系。其次,提出了电力电缆分支网络故障判定方案,研究了基于小波变换与Teager能量算子的信号去噪与波头识别技术。基于不同类型分支线路的电缆网络进行多端行波时间差与故障点位置关系的分析与推导,提出了一种统一的电缆分支网络故障判定方案。利用电磁暂态仿真软件PSCAD对不同电压等级下的电缆分支网络进行模型搭建与故障判定方案验证,同时得出了电缆分支网络金属护层交叉互联方式下的故障选相以及定位方法。针对信号采集过程中易引入噪声的问题,研究了小波阈值的去噪算法。故障定位的精度取决于暂态行波波头时间识别是否准确,为了获得精确的行波波头时间,研究了引入Teager能量算子的小波变换方法,并使用MATLAB软件对含噪信号进行小波去噪处理以及波头时间识别,结果表明有较好的去噪效果和波头到达时间,实现了较为准确的故障定位。然后,设计并实现了故障定位软硬件系统与控制中心软件。整个系统以ARM与FPGA为核心,设计了基于罗氏线圈的电流检测模块、信号调理和采集电路、SPI通信模块、无线通讯模块和时间同步模块等硬件电路以及FPGA逻辑。实现了Nios Ⅱ主程序,Linux设备驱动与ARM端无线通信软件的开发,并采用了Qt框架和QCustomPlot开放源码绘图库设计了系统控制中心软件和数据处理算法。实现了数据采集和处理、无线网络通信、数据波形显示、故障护层电流信号波头识别以及故障定位等功能。通过电缆对故障定位系统进行试验验证,结果表明所设计的故障定位系统满足实际电缆故障定位的要求。