新型电力系统建设亟需解决电网运行状态全面感知的问题,进行输电线路宽频电压测量及在线监测,对于系统安全运行、故障预测诊断与设备状态评估等方面具有重要意义。电力系统中接触式电压测量结构复杂,数字化水平较低,存在测量维度单一、带宽较窄等不足之处,同时,电力系统中存在各类高频谐波以及暂态电压,缺乏有效的非接触测量方法。在此,研究了一种适用于输电线路宽频电压非接触测量的传感器及监测系统,提出并设计了一种矢量电场传感器,研究电场自解耦电压反演计算方法,研制了以“ARM+FPGA”架构的电压监测系统样机,最后进行了试验验证。论文主要研究工作如下:（1）推导了带电导体与周围电场的场源线性关系,根据电场耦合原理,提出一种矢量电场传感器,搭建传感器等效电路模型,计算其幅频、相频等测量特性,并针对传感器结构参数进行仿真优化,通过Solidworks软件设计并制作了传感器实物。提出电场自解耦电压计算模型,采用有限元软件Comsol进行解耦矩阵系数计算与修正,获得输电线路电压反演方法,为监测系统软件设计提供理论依据。（2）根据传感器原理与特点,进行了输电线路电压监测系统硬件设计与调试,系统样机采用“ARM+FPGA”架构,可实现宽频电压信号的高速调理、采集、处理与传输,供电模式为太阳能-蓄电池可切换电源,完成样机制作,其具备三通道60Mbps高速采集、21Mbps并行通信和触发式变频采样等功能。（3）进行了监测系统样机下位机及PC端的软件设计及调试。下位机程序包括FPGA端高速变频采集程序、ARM端状态控制程序、高速通信程序等,可实现多种模式采样与数据快速存储、读取及通信;基于C#语言开发了PC端上位机软件,包括数据通信、电压计算与参数分析。（4）搭建测试平台进行了传感器及监测系统试验,试验结果表明:在单相输电线路模拟平台下,测量带宽可达10MHz,传感器各对极板测量相位误差均小于1.7°,幅值误差小于2.5%,线性度为2.3%,可真实反映空间电场变化情况;监测系统工作稳定,可实现三相线路电压实时测量,测量电压频带为50Hz-10MHz,稳态与暂态幅值误差分别小于2.8%和2.2%,系统能实时、准确的反应处理传感器信号,可用于输电线路宽频电压测量。