由于大气雷电和开关合闸、分闸操作等因素的影响,变电站内的电气设备不可避免的受到雷电过电压、操作过电压的作用和冲击。这些过电压对变电站内的电气设备的绝缘可能造成损坏,造成停电等事故,因此过电压在线监测对于电网的安全运行具有重要的意义。电磁式电压互感器是变电站内已有的设备,可以利用电压互感器实现过电压的在线监测。由于雷电过电压、操作过电压的高幅值,电磁式电压互感器的铁心处在一个强磁场环境下,励磁特性和铁损特性在短时间内达到饱和,体现出一种非线性的特性,二次侧电流、电压发生畸变。本文在已有10kV电磁式电压互感器(PT)的非线性模型的基础上,改进了原有的电压互感器模型。对电压互感器进行了空载实验、散射参数测量实验和冲击电压实验。使用电压互感器的空载实验数据对铁心部分的参数进行了计算,使用散射参数数据对模型中剩下的电阻、电感和电容参数进行了计算,并用拟牛顿的约束优化算法,对模型的参数进行了优化计算。将计算的输入输出特性和实验的输入输出特性进行了对比,达到了较好的吻合。为了真实还原一次侧波形,对二次侧电压波形进行了反演计算,以基尔霍夫定律为基本思想,提出了一种时域的反演计算方法,还原了一次侧的电压波形,并进行了验证。对电压互感器、二次电缆和电容分压器组成的过电压在线监测系统进行了实验,并利用本文提出的反演计算方法验证了这种办法的可行性。由于二次侧波形可能含有噪声,一次侧波形存在振荡,对存在噪声的二次侧波形和反演计算后得到的一次侧波形分别进行了去噪和滤波处理。搭建了35kV变电站内几种典型过电压的EMTP仿真电路模型,利用本文提出的反演计算方法进行了验证。