输电线路是否能够长期稳定运行与经济发展和人民生活质量息息相关,如何快速、准确、方便地获取输电线路的运行状态就尤为重要。电压是评价电能质量指标的基础,是输电线路最基本的待测物理量。目前在电力系统中主要使用电压互感器测量电压,但随着国家电网“三型两网”战略目标的提出以及长期以来对智能电网建设的推动,将大量的电压互感器用于线路电压在线监测面临难以克服的瓶颈问题,有必要探寻能够实现灵活、安全、可靠电压测量的新方法。已有研究表明利用输电线下的电场测量数据反演线上电压是一种可行方法,是一种非接触测量方式。根据线路电压反演算法,需要获得线下多测点同步测量的电场数据;同时,为适用于野外测量,电场测量装置还需要具备无线控制、数据传输功能以及持续稳定的供电电源。为了满足反演电压的要求,需要开发专用的电场测量系统。本文围绕上述需求,进行如下研究工作:（1）设计三维六面体传感器并研究其测量原理。首先对传感器极板电荷与电场的关系进行理论推导;然后计算极板间的电容,得到极板电势与电荷的关系;最后以电荷为中间量,获得传感器感应电压与电场的关系。对电场传感器进行了仿真分析,得到传感器对电场环境的影响,证明感应电压具有时间特性,可用于交流输电线路周围电场的测量。（2）提出电场多点同步测量方案。首先根据电场反演算法的要求提出同步测量的时间精度,再经深入分析发现测量装置搭载的晶振存在频率漂移,导致装置数据采集时存在时间误差且误差随采集时长累积,进而加剧多点电场测量不同步。为了解决该问题,本文利用GPS接收器为多点测量装置提供统一的时间标准,在FPGA中采用累加器法对GPS的秒脉冲信号进行分频,触发测量装置采集数据;又通过无线传输模块与FPGA的配合,实现了多个测量装置的同步开启。然后进一步分析了累加器法的误差及其影响因素,通过实验验证所提出的同步测量方案产生的误差小于1个晶振周期,满足测量时间精度要求。（3）考虑野外使用需求,研制可实现太阳能与蓄电池切换供电的稳定电源。根据太阳能电池板的工作原理和数学模型,研究了在不同光照强度和温度下太阳能电池板的输出特性;根据其非线性的输出特征,结合Buck电路和功率预测法改进的扰动观察法跟踪最大功率,使用改进后的扰动观察法能进一步提高太阳能利用效率。针对Buck电路占空比改变时输出电压不稳定的现象,利用升降压芯片SC8721设计了稳压电路,保证了蓄电池正常充电和负载的稳定运行。为了实现在太阳能充足时由太阳能为测量装置供电且多余电能储存到蓄电池中,在太阳能不充足时由蓄电池为负载供电的功能,提出并设计了电源切换电路,该电路不仅实现供电切换的功能,还能够防止由于太阳能与蓄电池供电电压不同造成的电流倒灌现象。（4）设计并实现电场测量系统的硬件结构和控制功能。在硬件设计过程中考虑了可能影响测量精度的各类因素,进而优化电路设计以减少干扰因素所造成的误差;在软件层面,提出了电场数据采集与传输控制方案,实现了多点电场的同步测量以及数据的传输。最后通过实验得到测量装置采集到的电压与电场的对应关系,证明了测量装置的可用性。再利用三个电场测量装置进行同步性能测试,验证了所提出同步测量方案的有效性。