透平膨脹機的保護控制系統主要是防止發生“飛車”事故和軸承燒壞。具體措施是先切斷膨脹機進氣，后卸負荷。
1)對于電機制動的膨脹機，飛車事故大都是由于電機故障引起的。在運轉過程中，電機處于發電機制動狀態，一旦電機線路或電機本身發生故障，制動力矩消失，電機失去了制動作用，就會造成膨脹機超速。它的保護系統如圖131所示。它用一測速發電機來測量轉速。在啟動時，膨脹機轉速逐漸升高，到一定轉速時，測速發電機發出信號，使制動電機合閘，膨脹機在制動狀態下工作。一旦超速，測速發電機的信號使三通電磁閥斷電，同時報警。三通電磁閥控制的活塞式蝶閥氣缸內的空氣迅速排空，切斷膨脹機進氣。同時閥桿轉動，碰上擋板和限位開關，將電機電源切斷，緊急停車。限位開關的作用是使電機必須在確實切斷進氣后再停電，以確保先斷氣，后卸負荷。
此外，當油壓過低或軸承溫度升高時，都能通過繼電線路切斷三通電磁閥電源，使膨脹機緊急停車。
2)風機制動的膨脹機的保護系統由氣動薄膜調節閥、三通電磁閥、氣動遙控板等組成。如圖132所示。薄膜調節閥平時作調節流量用，發生事故時作緊急切斷用。當膨脹機超速時，安裝在轉速計上的超速繼電器使負荷風機上的三通電磁閥斷電，切斷到調節閥膜頭的信號壓力，將閥迅速打開，使膨脹機在最大負荷下運轉，轉速下降。如果轉速仍然升高，則轉速計上另一繼電器切斷膨脹機進口三通電磁閥，使低溫薄膜調節閥膜頭內的空氣迅速放空，閥門關閉，切斷膨脹機進氣，并發出聲光報警信號。
氣動遙控板用在正常操作時調節膨脹機進氣和轉速。進氣薄膜閥選用氣開式。斷氣時，閥門關閉，切斷進氣。而風機出口調節閥選用氣閉式，當氣源失壓時，閥門開大，加以最大負荷。
膨脹機進口快速切斷閥常發生閥門動作不迅速、關閉不嚴或不動作等故障。平時要注意維護，防止因生銹、凍結引起的卡死。而且，管道阻力太大也會引起控制失靈，要勤檢查入口管道是否暢誦。