本发明属于电力系统运行和发电技术领域，提供了一种高惯量调相机运行系统及改造方法，包括调相机、汽轮机和启动设备，其中，调相机与汽轮机保持硬性连接状态，由调相机带动汽轮机同步运行；调相机与电网连接，通过电网拖动调相机运行，汽轮机的主汽门关闭，且汽轮机的气缸内抽真空运行；启动设备将调相机和汽轮机一起拖动至额定转速以上，满足高惯量调相机启动要求。本发明克服了当前传统调相机对电力系统转动惯量支撑不足，不利于电力系统安全稳定运行的问题，不仅为电力系统提供动态无功支撑，还为电力系统提供同容量调相机2‑5倍的惯量支撑。