转向架分别供电的主电路结构，更新电子控制系统并新增防空转保护，改用加馈电阻制动以扩大电制动范围；采用平行牵引拉杆降低牵引点高度、减少轴重转移。经过改造后的韶山3型0123号机车于1991年7月投入运行考核，试验证明其粘着利用比改造之前提高了10%，且牵引电动机和电子系统故障率大大降低。改造后的韶山3型机车更加适应山区铁路曲线小、坡度长、载重大的特性，越来越多地运用在宝成、成昆、成渝、川黔等线路，为西部大开发增添了新的动力。经过改进后的韶山3型电力机车称为韶山3型4000系，自1992年开始批量生产。株洲