Фамилия Петровчев — редкий случай, когда отчество превратили в фамилию не с помощью стандартного суффикса, а через двойное патронимическое окончание. В основе лежит имя Пётр, но путь, которым оно дошло до современной формы, чуть сложнее, чем у привычных Петровых или Петрищевых.

Сначала от имени Пётр образовали отчество Петрович. А затем от него, по модели «чей сын?» — «Петровчев», то есть «сын Петровича». Суффикс -ев здесь присоединился к основе Петров- (усечённая форма от Петрович). Такая трёхступенчатая конструкция (Пётр → Петрович → Петровчев) встречается нечасто и говорит о том, что фамилию давали не по деду, а по отцу, который сам носил отчество. В русской ономастике подобные формы называют «вторичными отчествами» или «двойными патронимами».

Поскольку фамилия образована от канонического крестильного имени Пётр, её географическая привязка слабая — она могла возникнуть в любой местности, где говорили по-русски. Но из-за громоздкой модели распространение у Петровчевых узкое. Встречается она в основном в центральных и северных областях России, реже на Урале, и почти всегда в крестьянской или мещанской среде: дворянские фамилии с таким суффиксом нехарактерны.

Сравните с однокоренными: Петров — «внук Петра», Петровичев — «сын Петровича» (аналог, но с суффиксом -ичев), а Петровчев — более редкий вариант с усечением. В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) модель на -чев от основ на -ов/-ев упоминается как малопродуктивная, характерная для XVI–XVII веков, когда отчества ещё не застыли в фамилии окончательно. Так что предок-носитель фамилии Петровчев, скорее всего, был сыном человека по имени Петрович — и это имя-отчество закрепилось за его потомками как родовое прозвище.