电网关键节点信息的监测、控制和判断,对电力系统的安全运行具有重要作用。基于传感器件对电网关键节点处的状态信息进行测量、采集和传递,在布置宽频、可靠性高的传感器网络时,建立互联互通的大容量、可靠的传感器网络是实现“泛在电力物联网”中各节点信息信号监测、采集的物理基础。在相关的电网关键节点信息中,电压是决定和影响电网运行状态的最重要关键参数之一,直接与设备安全与运行状态挂钩。实现电网中关键节点的实时电压监测,对电网运行状态控制、电网故障状态反馈及电网运行策略制定具有实际意义,同时也是电网智能化、数字化进程的有效助力。现有电网电压监测装置一般体积较大,抗电磁干扰能力弱,非站内的电压测量节点数据传输量小,可靠性低,不利于全电网大数据互联、实时数据更新的新时代电网发展要求。利用光纤类器件进行电压信号的监测,可直接耦合光纤进行信息传输,具有传输数据量大、可靠性高、抗电磁干扰能力强、体积小且重量轻等优点。因此,研究基于光纤类器件的电压传感器及相关传感系统对加速电网智能化、数字化进程具有重要意义。本文基于电-形变-光物理量的能量耦合机理,建立基于逆压电材料和光纤光栅的电压传感模型。为降低附加解调仪器和环境温度变化给传感器测量范围带来的限制,利用双光栅解调方法,实现传感器的自解调和温度补偿功能。搭建光学电压传感器的校验测试平台,研究传感器的频率响应、工频幅值响应等基本传感特性,暂态信号传感特性和温度特性,确定传感器的最佳工作区间和条件。基于耦合模理论,对光栅反射光谱进行计算模拟,进一步对光纤光栅参数对传感器输出特性的影响规律进行研究。选取两种决定性参数(栅区长度、折射率调制深度)及一种常用后处理方式(切趾处理),研究参数变化及切趾处理函数对传感器传感特性的影响规律,提出针对光纤光栅-压电陶瓷电压传感器的光栅参数推荐方案。利用推荐方案重新定制光纤光栅,完成新传感器的制备,对新传感器的传感特性进行校验测试并与原传感器传感特性进行对比,对光栅参数推荐方案的有效性进行核验。基于有限元计算方法,对压电陶瓷管的结构、参数对传感器输出的影响规律进行研究。对比计算长方体型、圆柱形、圆管型压电陶瓷在同一外加电压下的极化方向形变量;对比计算在同一外加电压、不同压电陶瓷管结构上,压电陶瓷管外径边缘的形变量改变情况;对比计算在同一外加电压下,不同压电陶瓷管结构参数对其kHz最低谐振频率的影响情况,对压电陶瓷在不同结构、参数下的形变、频率特性变化规律进行研究。利用三种厚度不同的压电陶瓷管组成光纤光栅-压电陶瓷电压传感器,进行传感特性对比测试,提出针对光纤光栅-压电陶瓷电压传感器的压电陶瓷管参数选择方案;校验测试压电陶瓷与电压信号不同的耦合方式给传感器传感特性带来的影响,并得出有利于提高传感器分辨率的压电陶瓷-电压耦合方式。基于分复用原理,利用分光器及光环行器,研究基于单个传感器的多点电压传感系统结构设计,完成多点电压传感系统的频率响应、工频幅值响应等基本特性校验测试;此外,利用温度控制箱对传感系统的温度特性进行了校验测试;对传感系统的工频三相电压响应特性、单相接地故障响应特性等应用特性进行校验测试分析,并利用傅里叶分析等信号分析方法,对传感系统的有效测量范围进行核验。本文的研究成果力争拓展电压传感方向,丰富电压传感的方式和体系,推动电压传感器在电网电站和输电线路上的分布式应用以构建智能传感系统,加速电网智能化、数字化进程。