本发明公开了一种基于LM(Levenberg‑Marquardt)非线性最小二乘优化算法的行波测距方法及装置，涉及输电线路继电保护领域。其方法包括通过获取两侧保护安装处的电压值和电流值，利用相模分解和小波分解算得电流行波的线模高频分量；综合利用多频带信息，计算多个层级线模高频分量的乘积结果；利用LM算法，分别基于抛物线和正弦函数对高频分量乘积结果进行拟合，确定拟合方程和参数；根据拟合方程计算乘积结果的峰值点，确定两侧保护的行波到达时刻，完成行波准确测距。本发明利用LM非线性最小二乘优化算法，可通过理论计算来精确捕捉波头峰值对应的采样点，进而提高了行波测距的精度。