本发明提供了一种油纸绝缘套管故障模拟装置，该装置包括：故障模拟壳和紧固机构；其中，紧固机构设置在故障模拟壳的内部；故障模拟壳设气体注入口；故障模拟壳上设有多个油气成分测量孔。本发明通过故障模拟壳盛放变压器油，模拟待测套管电容芯子的实际运行环境；通过紧固机构将待测套管电容芯子紧固至故障模拟壳内，待测套管电容芯子在故障模拟壳提供的故障模拟腔中进行运行工况和故障模拟，精确模拟油纸绝缘套管的实际运行工况下的典型故障；通过气体注入口自变压器油的底部向变压器油中注入定量模拟气体；通过油气成分测量孔对油气成分测量孔位置处的油或气体进行气体成分和气体含量的测量，以分析油纸绝缘套管特征气体变化和扩散特性。