长距离海缆存在行波信号严重衰减的问题，与陆上电缆相比缺乏可靠的故障监测手段。为了及时发现海缆线路故障，基于海缆首端护层电流的实时测量数据，提出一种针对海缆两端直接接地系统的故障在线监测与诊断方法。通过建立海缆护层等效电路模型，分析海缆护层接头开路、线芯接地短路和相间短路等3类典型故障，阐明首端护层电流在线监测的基本原理。对不同类型的海缆故障进行仿真分析，获取首端护层电流的幅值及相位特征，以不同护层回路故障电流和正常电流幅值与相位的比值构造特征参数，建立故障判定依据并进行故障诊断。在海缆故障实验平台上进行不同类型故障的模拟测试，验证新型故障判据的可行性和诊断效果。仿真和实验结果表明：提出的方法能够对不同类型的海缆故障实现在线监测与诊断，为海缆故障监测提供了新思路。