换流变压器是直流输电系统的关键电气设备,直流输电的特殊性要求其比普通电力变压器具备更好的绝缘性能。油纸复合绝缘是换流变压器的绝缘结构,变压器油内电场分布对其绝缘性能具有重要影响,由于缺乏可靠的测量手段,目前尚难以对变压器油内电场分布进行精确测量。近年来直流输电在我国迅猛发展,研究变压器油内电场的分布特性、提高换流变压器的绝缘性能迫在眉睫。本文聚焦Kerr效应测量系统,致力于解决其在实用化中存在的关键技术问题,为变压器油内电场分布的研究提供有效的技术手段。首先,采用琼斯矩阵分析法对Kerr效应测量系统的传感光路进行理论分析和建模,阐述不同偏振器和不同玻片组合下的光路特性,为Kerr效应测量系统的实用化设计提供理论基础。其次,对测量系统的光学传感单元进行优化设计,包括传感光路和克尔盒两部分,解决测量准确性与安全性的矛盾。再次,对Kerr效应测量系统的信号处理单元进行设计,实现对微弱信号的准确解调,解决变压器油内电场分布测量中信号信噪比低的技术难题。最后,对所设计的Kerr效应测量系统进行实验研究和验证。实验结果表明,本文所设计的Kerr效应测量系统具备测量交直流电场的能力。本文的研究可以为变压器油内电场分布的研究提供有效的测量手段。