AFAIK конфигурация считывается и анализируется при запуске, а затем данные сохраняются в памяти. Я не верю, что какой-либо выигрыш в производительности от кэширования состояния в переменных приложения будет значительным - хотя вы можете улучшить читабельность, если не засоряете код с помощью ConfigurationManager.AppSettings[...]
.