小型径流膨胀机超速保护装置，包括三组转速传感器、三组转速采集电路、三组传感器故障检测电路及逻辑电路。转速采集电路用于对转速传感器输出的信号进行信号处理，获得转子转速，并将获得的转子转速与预设的转速阈值进行比较，根据比较结果输出不同的电平信号。三组传感器故障检测电路的信号输入端分别与三组转速传感器的信号输出端连接，用于根据故障检测结果输出不同的电平信号。逻辑电路的输入端分别与三组传感器故障检测电路和三组转速采集电路的信号输出端连接，用于在至少两组传感器未被检测出故障、且该至少两组传感器检测到的转速均大于预设的转速阈值时输出报警信号。本发明能准确可靠地检测出小型径流膨胀机的转子是否超速。