Реших проблема.
Първо добавих NLS_LANG=.AL32UTF8 като променливата на средата в системата, където е инсталиран Oracle. Второ, предадох параметъра за кодиране и nencoding във функцията за свързване на cx_Oracle, както е показано по-долу.
cx_Oracle.connect(username, password, connection_string,
encoding="UTF-8", nencoding="UTF-8")
Този проблем се обсъжда и тук на https://github.com/oracle/python- cx_Oracle/issues/157
