本发明涉及一种绕组主绝缘温度梯度与频率响应关联性测试装置，包括实验箱、高压侧直流电源模块、低压侧直流电源模块、流速控制采集模块、实验箱、温度传感器、温度采集模块、介电谱测试仪及计算机，其中，高压绕组、低压绕组和绕组主绝缘位于实验箱内。本发明通过高、低压侧直流电源模块的各段输出功率，模拟变压器在实际负载损耗下绕组主绝缘的温度梯度分布，运用介电谱测试仪测量绕组的频率响应，通过计算机数据处理，探究绕组主绝缘的温度梯度和频率响应之间的关联性，有助于进一步了解变压器内部的绝缘状态。