本发明公开一种深度调峰汽轮机系统及运行方法，涉及电厂领域，主要用于解决电厂在深度调峰过程中热耗率显著增加的问题；该系统主要包括高压缸、多级高压缸进汽调节阀、蒸汽混合器、高低压旁路进汽阀和零号高压加热器等设备；通过在原有高压缸前添加多个汽轮机级组，并配置多级高压缸进汽调节阀，实现高压缸通流面积可以随负荷变化的效果，在负荷降低过程中，通过调整多级高压缸进汽调节阀的启动顺序和运行方式，实现汽轮机组在低负荷时的高效运行；本发明可以减少机组在低负荷时，由于高压缸进汽压力的降低以及高压缸进汽调节阀的节流损失导致的机组热耗率增加的问题，提升了机组的调峰性能。