В какой коллекции хранить массивы

Окей, раз вам нужен быстрый поиск, то имеет смысл избавиться от массивов. Давайте закодируем каждую тройку в виде одного числа, и поместим эти числа в HashSet<int>. Кодирование выберем таким образом, чтобы соответствие было взаимно-однозначным.

Получаем следующую структуру данных:

class Combination : IComparable<Combination>, IEquatable<Combination>
{
    const int Max = 100;
    public uint Packed { get; }
    public int[] Triple { get; }
    private Combination(uint packed, int[] triple) => (Packed, Triple) = (packed, triple);
    public static Combination FromPacked(uint packed)
    {
        uint curr = packed;
        int[] triple = new int[3];
        triple[0] = (int)(curr % Max); curr = curr / Max;
        triple[1] = (int)(curr % Max); curr = curr / Max;
        triple[2] = (int)curr;
        if (curr >= Max)
            throw new ArgumentException("Incorrect packed value");
        return new Combination(packed, triple);
    }
    public static Combination FromTriple(int[] triple)
    {
        if (triple == null)
            throw new ArgumentNullException(nameof(triple));
        if (triple.Length != 3)
            throw new ArgumentException("Triple has wrong length");
        uint packed = 0;
        for (int i = 2; i >= 0; i--)
        {
            var v = triple[i];
            if (v < 0 || v >= Max)
                throw new ArgumentException("Wrong value in triple");
            packed = packed * Max + (uint)v;
        }
        return new Combination(packed, triple);
    }
    #region всяческие сравнения, для удобства
    public bool Equals(Combination other) => other?.Packed.Equals(Packed) ?? false;
    public int CompareTo(Combination other) =>
        other == null ? 1 : Packed.CompareTo(other.Packed);
    public override bool Equals(object obj) => Equals(obj as Combination);
    public override int GetHashCode() => Packed.GetHashCode();
    public static bool operator ==(Combination l, Combination r) =>
        (l is null) ? (r is null) : l.Equals(r);
    public static bool operator !=(Combination l, Combination r) => !(l == r);
    #endregion
}

Теперь вы можете хранить в памяти HashSet<int>, в котором держать значение Packed.

Константу Max подправьте под ваши реальные цифры.

Если вопрос стоит в удобстве хранения и изменения. то как вариант:

class MyResults
{
    public int Primera { get; set; }
    public int Segundo { get; set; }
    public int Tercera { get; set; }
    public bool Equals(object obj)
    {
        if(obj is MyResults res)
            if (this.Primera == res.Primera && this.Segundo == res.Segundo && this.Tercera == res.Tercera)
                return true;
        return false;
    }
}
И создаем коллекцию
List<MyResults> res = new List<MyResults>(128);
        res.Add(new MyResults {Primera= 1,Segundo= 2,Tercera= 3 })
        res.Add(new MyResults { Primera = 3, Segundo = 2, Tercera = 3 });
        Console.WriteLine(res[0].equals(comparable));

Можно добавить конструктор принимающий интовый массив, или перегрузить equals чтобы так же принимал интовый массив.

По скорости работы коллекций: https://habrahabr.ru/sandbox/25117/

p.s ArrayList устаревший формат и проигрывает в скорости List при работе со значимыми типами, т.к кастит их в object;

Как мне кажется, коллекция Lookup<K,V> идеально подходит для такого случая. Всё искал куда ее можно удобно применить и вот он случай)

https://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/bb460184(v=vs.110).aspx