本发明涉及一种输电线路行波故障测距方法，尤其是涉及一种利用原子分解的输电线路行波故障测距方法。本发明将故障支路双端的电压电流信号作为故障定位的信息，利用GPS精确授时系统保证数据的同期性，对故障信号采用原子分解法进行分析，获取行波波头第一次到达双端测量单元的时间，实现输电线路故障准确定位。本发明在过完备冗余原子库的基础上自适应地寻找信号的最佳匹配原子及其参数，从而使信号的自适应表达变得简单，分解结果变得非常稀疏，极大地提高了信息密度和使用的灵活性、降低了处理成本。