电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformer,CVT）是当前高压电力系统应用最为广泛的电压互感器,其运行状态直接关系到电能贸易结算的准确性和电力系统的安全稳定。然而,CVT的内部结构较为复杂,运行状态易受环境因素影响,在长期运行过程中容易出现计量误差超差和内绝缘性能劣化等异常状态。据统计,近年来与计量误差异常相关的CVT故障占比超过了50%,由内绝缘状态异常导致的故障占比超过了20%,可见,计量误差状态和内绝缘状态是确保CVT长期稳定运行的两大关键因素。当前电力系统采用的CVT计量误差状态评估方法和内绝缘状态评估方法均为基于标准器的周期性离线比对法,但是高压变电站停电困难、现场试验工作繁重等原因导致大量CVT无法按期检定,长期运行稳定性难以得到保证。近年来,已有相关研究提出了多种数据驱动的在线评估方法,初步验证了无需标准器对CVT运行误差及内绝缘状态进行在线评估的理论可行性。但在实际工程应用中,上述方法均存在状态评估可靠性不高的问题,无法满足实际运行的评估需求。针对上述问题,本文以高压变电站中同一电压等级的CVT作为评估群体,首先深入挖掘了CVT群体中的电气物理相关性,提出了适用于CVT输出电压分布特性复杂的实际工况的个体CVT计量误差状态评估方法,其次研究了CVT内绝缘状态与计量误差状态的关联性,将物理建模与数据建模相融合,提出了基于误差状态模糊分析的CVT内绝缘状态评估方法,实现了不停电前提下实时感知CVT的计量误差状态和内绝缘状态。主要研究工作包括:（1）揭示了CVT在线运行计量误差特性与离线校验结果之间的差异,提出了CVT离线校验误差补偿方法。研究了CVT离线校验与现场运行的条件差异,探明了各类差异影响因素对CVT计量误差特性的影响机理和影响效果;建立了CVT有限元仿真模型和等效电路模型,量化分析了多因素耦合作用下CVT在线运行计量误差特性与离线校验结果的差异,并通过现场实验对上述结果加以验证;根据上述量化分析结果,提出了CVT离线校验误差补偿方法,使得离线校验结果能够更加准确地反映CVT在线运行时的计量误差特性。（2）揭示了CVT群体中多种电气物理相关性,提出了采用无监督学习方法监测计量误差状态特征参量的在线评估方法,实现了在CVT输出电压复杂分布特性条件下个体CVT计量误差状态的准确评估。揭示了CVT群体之间基于固有电气连接关系的刚性相关性以及受到电力系统运行方式约束的柔性相关性,提出了能够表征CVT计量误差状态变化的相间相关性特征参量和组间相关性特征参量。研究了基于数据局部分布密度的无监督离群点检测方法以实时监测特征参量的变化情况,实现了在实际工况下准确评估个体CVT的计量误差状态。基于CVT实际输出电压数据的实验结果表明,此方法对高压变电站中多种可变条件均有良好的适应性,且评估可靠性明显高于现有的数据驱动评估方法,满足0.2级CVT的计量误差状态评估需求。（3）研究了CVT内绝缘性能劣化机理,揭示了CVT内绝缘状态与计量误差状态之间的关联性。研究了CVT的绝缘结构,发现了内绝缘性能劣化是导致CVT计量误差状态出现异常的主要原因,研究了多种因素对CVT内绝缘性能的影响机理,指出了CVT内绝缘性能劣化的主要形式;建立了计及内绝缘参数CVT等效物理模型,探明了CVT分压电容器击穿和介质损耗异常对计量误差状态的影响。设计了单相模拟CVT实验装置,验证了CVT内绝缘状态和计量误差状态的关联性。（4）基于CVT内绝缘状态与计量误差状态的关联性,提出了基于误差状态模糊分析的CVT内绝缘状态评估方法,实现了准确识别CVT异常内绝缘状态的异常类型和异常程度。该方法以CVT的等效物理模型计算典型异常内绝缘状态造成的附加误差,建立了包含多种典型内绝缘状态的典型状态样本集。研究了模糊聚类分析方法,匹配CVT计量误差状态的特征参量与典型内绝缘状态,实现了CVT内绝缘状态的长期在线评估;提出了基于局部分布密度的模糊聚类中心初始化方法,以局部空间分布密度最大的数据点作为初始聚类中心,显著提升了CVT内绝缘状态评估时模糊聚类的稳定性。研制了模拟CVT内绝缘性能劣化实验平台,验证了本方法能够及时、准确的评估CVT的内绝缘状态。本文的研究成果实现了CVT计量误差状态和内绝缘状态的实时感知,系统性的解决了影响CVT长期运行稳定性的两大关键运行状态的长期在线评估问题。研究成果可为电力设备运维部门提供有效的CVT运行状态在线评估手段,有助于减少电能贸易结算纠纷,避免出现CVT运行安全事故,具有重要的理论和工程应用价值。