高压直流输电线路作为大区域联网的联络线及大功率传输线，输送距离远，其安全性和可靠性将直接影响本系统及与其连接的区域电网甚至整个电网的稳定运行。直流输电线路是直流系统故障率最高的元件，多为极对地故障，但线路保护的正确动作率仅50%左右，近一半的线路故障由控制系统响应动作，造成线路不必要的停运；若不借助故障测距设备则难以查找直流输电线路故障点，因此研究高压直流输电线路的保护和测距方法具有重要意义。根据直流输电线路故障后无稳定的工频量的特点，需要研究一种能够利用故障暂态信号、适合于直流输电线路保护和故障测距的方法。本文搭建了特高压直流输电系统模型，通过正常运行及多种故障的仿真结果表明，该数值仿真模型能准确的反映直流输电线路正常和暂态运行特征。鉴于传统线路模型的不足，本文采用一种考虑高阶无穷小量的线路分布参数模型，该模型充分考虑了直流输电线路的分布参数特性，能利用故障暂态过程的瞬时值进行保护和测距算法的研究。本文基于该分布参数模型提出一种直流输电线路保护算法。输电线内部无故障时（包括正常运行和区外故障），由线路一端的电气量根据该模型的高阶微分方程推导得到的对端电流量与对端电流测量值基本相等；若线路内部故障，则根据该模型的高阶微分方程推导得到的对端电流量与对端电流测量值差异较大，本文利用这一差别区分线路内部和外部故障。本文算法在原理上考虑了分布电容的影响，通过仿真与传统的直流电流差动保护和贝瑞隆模型保护进行对比分析，结果表明该算法耐高阻能力强，能较好的选择故障极，提高了保护灵敏度。本文基于该分布参数模型提出一种直流输电线路单极接地故障测距方法。该方法将线路两端的同步电压、电流故障信息经相模变换后，分别从线路两端计算沿线1模电压分布，并找到其差值最小时对应的距离，该距离即为实际故障距离。通过设置不同的采样频率、接地点过渡电阻和故障位置，仿真结果表明本文测距方法测距精度基本不受接地点过渡电阻和故障位置的影响；与基于贝瑞隆模型的双端测距算法进行对比分析，结果表明本文算法所需采样频率低，抗噪声能力强，测距结果更加平稳，便于工程实现。