本申请涉及一种电容式电压互感器电容击穿故障在线诊断方法，包括以下具体步骤：S1.CVT在线监测系统收集同母线上同相同一型号CVT的二次电压幅值数据，构建数据集并贴上相应标签；S2.利用组间幅值比参量构造特征向量集，对经过预处理后的数据集进行特征提取；S3.采用KNN机器学习的方式，训练KNN模型，调整相应超参数，输出最优KNN模型；S4.将CVT在线监测系统中的二次电压幅值数据输入最优KNN模型，对待测CVT的电容击穿状态进行实时诊断。本发明对CVT电容击穿故障进行在线诊断，实时反馈CVT中电容所处状态，进而保证电网运行的稳定性及安全性能。