本发明提供一种牵引变压器铁芯松脱移位模拟装置及其诊断方法，模拟平台通过将三自由度机械臂沿着机械臂保持架之间的机械臂横移滑轨，分别移动微量距离，致使变压器铁芯发生松脱故障。操作电机总控装置使滑轨转动电机转动机械臂保持架之间的机械臂横移滑轨，转动三自由度机械臂达到实验预设的变压器铁芯移位角度范围。读取信号采集装置接收到的夹紧直线电机固定在机械臂保持架上的红外测距仪传输的距离。结合牵引变压器绕组高压振荡波测试数据，根据模拟故障参数和测量的信号，融合TSML算法进行故障评估。本发明能够可靠有效实现变压器诊断。